DE102015001874A1

DE102015001874A1 - Device and method for distance determination and / or centering using corneal reflections

Info

Publication number: DE102015001874A1
Application number: DE102015001874.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Seitz; Markus Tiemann; Gregor Esser; Anne Seidemann
Original assignee: Rodenstock GmbH
Current assignee: Rodenstock GmbH
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-08-18
Also published as: EP3256036B1; US10758124B2; EP3256036A1; US20180042477A1; WO2016128112A1; DE102015001874A8

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Bildaufnahmeeinrichtung (12) und einer Messeinrichtung zum Bestimmen des Abstands zumindest eines Auges (14A, 14B) eines Benutzers von der Bildaufnahmeeinrichtung (12). Die Messeinrichtung umfasst eine Beleuchtungseinrichtung (10), welche in einer vorgegebenen relativen Position zur Bildaufnahmeeinrichtung (12) angeordnet ist, und welche ausgelegt ist, zumindest eine spekulare Lichtreflexion (Ref_L), welche einen linienförmigen Abschnitt aufweist, auf der Hornhaut des Auges (14A, 14B) des Benutzers zu erzeugen und eine Abstandsbestimmungseinrichtung. Die Bildaufnahmeeinrichtung (12) ist ausgelegt, zumindest ein Bild der spekularen Lichtreflexion (Ref_L) im Bereich der Hornhaut des zumindest einen Auges (14A, 14B) des Benutzers aufzunehmen. Die Abstandsbestimmungseinrichtung ist ausgelegt, – Daten bezüglich des Abstands zwischen zwei vorbestimmten Punkten der Lichtreflexion (Ref_L) und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion (Ref_L) im aufgenommenen Bild zu ermitteln; und – den Abstand des Auges (14A, 14B) zur Bildaufnahmeeinrichtung (12) anhand der ermittelten Daten bezüglich des Abstands zwischen den zwei vorbestimmten Punkten der Lichtreflexion (Ref_L) und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion (Ref_L) zu ermitteln. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen des Abstands zumindest eines Auges (14A, 14B) und ein Computerprogrammprodukt.The present invention relates to a device having an image recording device (12) and a measuring device for determining the distance of at least one eye (14A, 14B) of a user from the image recording device (12). The measuring device comprises an illumination device (10) which is arranged in a predetermined relative position to the image recording device (12) and which is designed to have at least one specular light reflection (Ref_L) which has a line-shaped section on the cornea of the eye (14A, 14B) of the user and a distance determiner. The image recording device (12) is designed to record at least one image of the specular light reflection (Ref_L) in the region of the cornea of the at least one eye (14A, 14B) of the user. The distance determination device is designed to: determine data relating to the distance between two predetermined points of the light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one linear section of the light reflection (Ref_L) in the recorded image; and - the distance of the eye (14A, 14B) to the image pickup device (12) based on the determined data with respect to the distance between the two predetermined points of light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one linear portion of the light reflection (Ref_L) to determine. The invention further relates to a method for determining the spacing of at least one eye (14A, 14B) and a computer program product.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung umfassend eine Bildaufnahmeeinrichtung und eine Messeinrichtung zum Bestimmen des Abstands eines Auges oder beider Augen eines Benutzers von der Bildaufnahmeeinrichtung (wie einer Kamera). Die Vorrichtung kann eine Vorrichtung zum Bestimmen von optischen Parametern eines Benutzers, eine Vorrichtung zum Erstellen von Stereobildern und/oder zum Bestimmen von Ortsinformationen im dreidimensionalen Raum, eine Vorrichtung zum Anzeigen von Inhalten in Abhängigkeit von der Lage eines Benutzers, etc. sein. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen des Abstands eines Auges oder beider Augen eines Benutzers von einer Bildaufnahmeeinrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum Durchführen des Verfahrens.The present invention relates to an apparatus comprising an image pickup device and a measuring device for determining the distance of an eye or both eyes of a user from the image pickup device (such as a camera). The device may be a device for determining optical parameters of a user, a device for creating stereo images and / or for determining location information in three-dimensional space, a device for displaying contents depending on the position of a user, etc. Furthermore, the present invention relates to a method for determining the distance of an eye or both eyes of a user from an image recording device and a computer program product for carrying out the method.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Videozentriervorrichtungen bekannt, die einzelne oder auch alle Parameter der Augen eines Benutzers und/oder der Gebrauchsstellung einer Brille oder Brillenfassung vor den Augen eines Benutzers durch Aufnahme eines Bildes des Benutzers und eventuell unter Zuhilfenahme von weiteren Hilfsmitteln bestimmen können. Die Parameter der Augen und/oder der Gebrauchsstellung umfassen z. B. die Pupillendistanz des Benutzers, den Fassungsscheibenwinkel einer vom Benutzer getragenen Brille oder Brillenfassung, die Brillenglasvorneigung, die Form der Brillenfassung, den Hornhautscheitelabstand des Systems von Brille und Auge, die Einschleifhöhe der Brillengläser, etc.Video centering devices are known from the prior art, for example, which can determine individual or all parameters of the eyes of a user and / or the position of use of a pair of glasses or spectacle frame in front of the eyes of a user by taking a picture of the user and possibly with the aid of further aids. The parameters of the eyes and / or the position of use include z. As the pupil distance of the user, the lens angle of a user-worn glasses or spectacle frame, the lens prescription, the shape of the spectacle frame, the corneal vertex distance of the system of glasses and eye, the grinding height of the lenses, etc.

Die Druckschrift DE 10 2005 003 699 A1 offenbart ein Stereokamerasystem mit zwei Kameras, die aus unterschiedlichen Aufnahmerichtungen jeweils ein Bild von einem Benutzer mit Brille aufnehmen, aus denen dreidimensionale Benutzerdaten errechnet werden. Es sind ebenfalls Videozentriervorrichtungen mit einer Kamera bekannt, welche zeitlich versetzte Aufnahmen der Augenpartie des zu vermessenden Benutzers aus verschiedenen Blickwinkeln machen. Die Aufnahmen werden nachträglich unter Zuhilfenahme eines Referenzobjekts im Bild (z. B. eines Zentrierbügels) zueinander orientiert, so dass ebenfalls ein Stereokamerasystem gebildet wird. Andere Lösungen verwenden nur die mit einer Kamera aufgenommene Projektion im Gesicht eines Benutzers einer Fassung, auf der ein Zentrierbügel angebracht ist. Durch eine Annahme von Werten des Hornhautscheitelabstands, einer Vorneigungsdifferenz zwischen Zentrierbügel und Fassung und eines Fassungsscheibenwinkels können einige Parameter näherungsweise bestimmt werden.The publication DE 10 2005 003 699 A1 discloses a stereo camera system with two cameras, each receiving an image of a user wearing glasses from different shooting directions, from which three-dimensional user data is calculated. There are also known Videozentriervorrichtungen with a camera, which make time-shifted shots of the eye area of the user to be measured from different angles. The images are subsequently oriented to each other with the aid of a reference object in the image (eg a centering bracket), so that a stereo camera system is likewise formed. Other solutions use only the projection recorded with a camera on the face of a user of a socket on which a centering bracket is mounted. By assuming values of the corneal vertex distance, a pre-tilt difference between centering bracket and socket, and a socket angle, some parameters can be approximated.

Die mittels einer Videozentriervorrichtung bestimmten Parameter der Augen und/oder der Gebrauchsstellung einer Brille oder Brillenfassung vor den Augen eines Benutzers können einerseits bei dem Einschleifen und Einsetzen von Brillengläsern in eine Brillenfassung berücksichtigt werden, andererseits können damit Optimierungen im Brillenglas selbst vorgenommen werden, um es auf die Trageposition in Gebrauchsstellung anzupassen.The parameters of the eyes and / or the position of use of a spectacle or spectacle frame in front of a user's eyes determined by means of a video centering device can, on the one hand, be taken into account during the grinding and insertion of spectacle lenses into a spectacle frame, and on the other hand, optimizations can be made in the spectacle lens itself adjust the carrying position in the position of use.

Es sind auch kamerabasierte Vorrichtungen bekannt, bei denen der Inhalt auf einem Bildschirm in Abhängigkeit von der Lage und/oder der Kopfposition des Benutzers vor dem Bildschirm variiert. Eine beispielhafte Vorrichtung, die zur Prüfung der Sehschärfe eines Benutzers ausgelegt ist, bei der die Größe der Sehtestzeichen in Abhängigkeit von, der Position des Benutzers variieren kann, ist in DE 10 2014 009 459 offenbart.There are also camera-based devices are known in which the content on a screen depending on the location and / or the head position of the user varies in front of the screen. An exemplary device designed to test the visual acuity of a user, in which the size of the visual test indicia may vary depending on the position of the user, is shown in FIG DE 10 2014 009 459 disclosed.

In den obigen kamerabasierten Vorrichtungen ist es häufig wichtig, Informationen über die Lage eines von der Kamera aufgenommenen Objekts, z. B. eines Auges eines Benutzers, relativ zur Kamera zu erhalten, insbesondere Informationen über den Abstand des Objekts zur Kamera.In the above camera-based devices, it is often important to obtain information about the location of an object captured by the camera, e.g. As an eye of a user to obtain relative to the camera, in particular information about the distance of the object to the camera.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte und einfache Möglichkeit zum Ermitteln des Abstands eines Auges oder beider Augen eines Benutzers von einer Bildaufnahmeeinrichtung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte und einfache Möglichkeit zum Ermitteln optischer Parameter eines Benutzers bereitzustellen. Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.An object of the invention is to provide an improved and easy way of determining the distance of an eye or both eyes of a user from an image capture device. Another object of the invention is to provide an improved and simple way of determining optical parameters of a user. These and other objects of the invention are achieved by the subject-matter of the independent claims.

Ein erster Aspekt betrifft eine Vorrichtung mit einer Bildaufnahmeeinrichtung und einer Messeinrichtung zum Bestimmen des Abstands zumindest eines Auges eines Benutzers von der Bildaufnahmeeinrichtung (Abstand Auge-Bildaufnahmeeinrichtung). Die Messeinrichtung umfasst eine Beleuchtungseinrichtung, welche in einer vorgegebenen relativen Position zur Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet ist, und welche ausgelegt und eingerichtet ist, zumindest eine Lichtreflexion mit einem im Wesentlichen linienförmigen bzw. linearen bzw. ausgedehnten Abschnitt auf der Hornhaut (Cornea) des Auges des Benutzers zu erzeugen. Dementsprechend umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle, die die Lichtreflexion auf der Hornhaut des untersuchten Auges erzeugt. Die Lichtquelle kann mehrere Leuchtpunkte aufweisen, die in einem bestimmten Muster angeordnet sind. Insbesondere kann die Lichtquelle einen im Wesentlichen linienförmigen bzw. ausgedehnten Abschnitt aufweisen. Die Form bzw. die Struktur der Lichtquelle kann vorbekannt sein, insbesondere kann der Abstand zwischen zumindest zwei vorbestimmten bzw. vorgegebenen Punkten der Lichtquelle und die Form und/oder die Position zumindest eines im Wesentlichen linienförmigen Abschnitts der Lichtquelle vorbekannt sein. Die Lichtquelle kann eine strukturierte Lichtquelle sein mit mehreren einzelnen Lichtquellen. Der im Wesentlichen linienförmige Abschnitt der Lichtquelle kann z. B. ein gerader Abschnitt sein.A first aspect relates to a device having an image recording device and a measuring device for determining the distance of at least one eye of a user from the image recording device (distance eye image recording device). The measuring device comprises a lighting device, which is arranged in a predetermined relative position to the image recording device, and which is designed and arranged to at least a light reflection with a substantially linear or extended or extended section on the cornea of the user's eye produce. Accordingly, the illumination device comprises a light source which generates the light reflection on the cornea of the examined eye. The light source may have a plurality of luminous dots arranged in a certain pattern. In particular, the light source may have a substantially line-shaped or extended section. The shape or the structure of the light source may be previously known, in particular the distance between at least two predetermined or predetermined points of the light source and the shape and / or or the position of at least one substantially line-shaped portion of the light source be previously known. The light source may be a structured light source having a plurality of individual light sources. The substantially linear portion of the light source may, for. B. be a straight section.

Die Bildaufnahmeeinrichtung ist ausgelegt und eingerichtet, zumindest ein Bild der spekularen bzw. spiegelnden Lichtreflexion bzw. der Spiegelung der Lichtquelle auf der Hornhaut des untersuchten Auges des Benutzers aufzunehmen. Die Bildaufnahmeeinrichtung kann eine oder mehrere Kameras umfassen, die auf die Augenpartie des Benutzers gerichtet sind und zumindest ein Bild aufnehmen können, in dem die spekulare bzw. spiegelnde Lichtreflexion auf der Hornhaut des zumindest einen Auges sichtbar ist.The image recording device is designed and set up to record at least one image of the specular or specular reflection of light or the reflection of the light source on the cornea of the examined eye of the user. The image recording device may comprise one or more cameras, which are directed towards the eye area of the user and can record at least one image in which the specular or specular light reflection on the cornea of the at least one eye is visible.

Die Messeinrichtung umfasst ferner eine Abstandsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen des Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung, die in einer Datenverarbeitungseinrichtung implementiert sein kann. Die Abstandsbestimmungseinrichtung ist ausgelegt, das zumindest eine von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommene Bild zu bearbeiten und Daten bezüglich des Abstands zwischen den zwei vorbestimmten bzw. vorbekannten Punkten in der Lichtreflexion und bezüglich der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion im zumindest einen aufgenommenen Bild zu ermitteln. Ferner ist die Abstandsbestimmungseinrichtung ausgelegt, anhand der ermittelten Daten bezüglich des Abstands zwischen den zwei vorbestimmten Punkten der Lichtreflexion und einer Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion, den Abstand des Auges zur Bildaufnahmeeinrichtung zu ermitteln. Die Abstandsbestimmungseinrichtung kann einen Prozessor aufweisen oder als ein entsprechendes Modul eines Prozessors oder Computers realisiert sein. Die Abstandsbestimmungseinrichtung kann mittels des entsprechend programmierten Mikroprozessors eines mobilen Computers (wie z. B. Notebooks, Laptops, Tablets, Smartphones, etc.) realisiert werden.The measuring device further comprises a distance determination device for determining the distance eye-image recording device, which may be implemented in a data processing device. The distance determining device is configured to process the at least one image recorded by the image recording device and to determine data regarding the distance between the two predetermined or known points in the light reflection and with respect to the curvature of the at least one linear section of the light reflection in the at least one recorded image. Furthermore, the distance determination device is designed to determine the distance of the eye from the image recording device based on the determined data relating to the distance between the two predetermined points of the light reflection and a curvature of the at least one linear section of the light reflection. The distance determining means may comprise a processor or be implemented as a corresponding module of a processor or computer. The distance determination device can be realized by means of the appropriately programmed microprocessor of a mobile computer (such as notebooks, laptops, tablets, smartphones, etc.).

Insbesondere kann bei bekannter Form und Abmessung der Lichtquelle der Abstand des Auges zur Bildaufnahmeeinrichtung anhand der spekularen Lichtreflexion in zumindest einem von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bild ermittelt werden. So ist die Form der spekularen Lichtreflexion auf der Hornhaut im aufgenommenen Bild vorrangig von der Geometrie der Hornhaut des untersuchten Auges abhängig. Die Größe der Lichtreflexion ist vorrangig von der Geometrie des Messsystems und insbesondere von dem Abstand zwischen der Bildaufnahmeeinrichtung und des Auges abhängig. Folglich kann anhand des gemessenen Abstands zwischen zwei vorbekannten bzw. vorbestimmten Punkten der Lichtreflexion im aufgenommenen Bild der Abstand zwischen der Bildaufnahmeeinrichtung und dem untersuchten Auge ermittelt werden. Die vorbekannten bzw. vorbestimmten Punkte der Lichtreflexion können z. B. die Endpunkte des linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion sein, so dass anhand der im Bild gemessenen Länge des linienförmigen Abschnitts Informationen über den Abstand Auge-Bildaufnahmeeinrichtung gewonnen werden können. Die vorbestimmten Punkte können auch andere Punkte der Lichtquelle sein, deren ursprüngliche Position in der Lichtquelle bekannt ist.In particular, with a known shape and dimension of the light source, the distance of the eye to the image recording device can be determined on the basis of the specular light reflection in at least one image recorded by the image recording device. Thus, the form of specular light reflection on the cornea in the recorded image is primarily dependent on the geometry of the cornea of the examined eye. The size of the light reflection depends primarily on the geometry of the measuring system and in particular on the distance between the image recording device and the eye. Consequently, based on the measured distance between two previously known or predetermined points of the light reflection in the recorded image, the distance between the image recording device and the examined eye can be determined. The previously known or predetermined points of light reflection can, for. B. be the end points of the line-shaped portion of the light reflection, so that information on the distance eye-image recording device can be obtained on the basis of the measured length in the image of the linear section. The predetermined points may also be other points of the light source whose original position in the light source is known.

Um die Messgenauigkeit zu erhöhen wird ferner vorgeschlagen, bei der Bestimmung des Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung die Abhängigkeit der Krümmung des linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion im aufgenommenen Bild von dem Abstand zwischen der Bildaufnahmeeinrichtung und dem Auge ebenfalls zu berücksichtigen. Der Abstand des Auges zur Bildaufnahmeeinrichtung wird somit anhand von Daten bezüglich des Abstands zwischen zwei vorbekannten Punkten der Lichtreflexion und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtquelle im aufgenommenen Bild ermittelt. Somit kann eine einfache und genaue Messeinrichtung zum Bestimmen des Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung realisiert werden, die insbesondere zur mobilen Anwendung geeignet ist.In order to increase the measurement accuracy, it is also proposed to take into account the dependence of the curvature of the linear section of the light reflection in the recorded image on the distance between the image recording device and the eye when determining the distance eye image recording device. The distance of the eye to the image recording device is thus determined on the basis of data relating to the distance between two known points of light reflection and the curvature of the at least one line-shaped section of the light source in the recorded image. Thus, a simple and accurate measuring device for determining the distance eye-image recording device can be realized, which is particularly suitable for mobile application.

Die Beleuchtungseinrichtung kann ausgelegt sein, je eine Lichtreflexion auf der Hornhaut jedes der beiden Augen zu erzeugen. Die Bildaufnahmeeinrichtung kann ausgelegt sein, zumindest ein Bild der beiden Augen aufzunehmen. Die Abstandsbestimmungseinrichtung kann ausgelegt sein, den Abstand Auge-Bildaufnahmeeinrichtung getrennt für beide Augen des Benutzers zu ermitteln. Anhand der ermittelten Abstände Auge-Bildaufnahmeeinrichtung kann ein Mittelwert gebildet werden. Der ermittelte Mittelwert kann als Abstand Auge-Bildaufnahmeeinrichtung ausgegeben werden. Daneben kann aus den Abständen der beiden Augen zur Bildaufnahmeeinrichtung auch ein Winkel zwischen der Bildebene der Bildaufnahmeeinrichtung und der Verbindungslinie zwischen den Augen ermittelt werden, aus dem die Kopfdrehung ermittelt werden kann.The illumination device can be designed to generate a light reflection on the cornea of each of the two eyes. The image recording device can be designed to record at least one image of the two eyes. The distance determination device can be designed to determine the distance eye image recording device separately for both eyes of the user. Based on the determined distances eye-image recording device, an average value can be formed. The determined mean value can be output as a distance eye image recording device. In addition, from the distances of the two eyes to the image recording device, an angle between the image plane of the image recording device and the connecting line between the eyes can be determined, from which the head rotation can be determined.

Die Abstandsbestimmungseinrichtung kann dazu ausgebildet und vorgesehen sein, die zwei vorbestimmten Punkte der Lichtreflexion und den zumindest einen linienförmigen Abschnitt der Lichtreflexion automatisch und/oder manuell im aufgenommenen Bild zu lokalisieren. Dabei beinhaltet diese Lokalisierung Ortsinformationen in Form von Koordinaten und/oder Pixeln, aus denen die Abstandsbestimmungseinrichtung die Daten bezüglichen des Abstands der zwei (oder mehr) vorbestimmten Punkte und der Krümmung des linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion ermittelt. Dabei kann die Lokalisierung in jeder Koordinatenrichtung der zweidimensionalen Aufnahme auf zwei Pixel genau erfolgen, bevorzugt auf ein Pixel genau, besonders bevorzugt Subpixel genau, also z. B. auf 1/10 Pixel genau. Dies kann z. B. durch Anlegen und Auswerten einer Gaussverteilung bezüglich der Lichthelligkeit der Pixel im aufgenommenen Bild erfolgen.The distance determining device may be designed and provided to automatically and / or manually locate the two predetermined points of the light reflection and the at least one line-shaped section of the light reflection in the recorded image. In this case, this localization includes location information in the form of coordinates and / or pixels from which the distance determining means determines the data relating to the distance of the two (or more) predetermined points and the curvature of the linear portion of the light reflection. The localization in each coordinate direction of the two-dimensional Accuracy to take two pixels, preferably to a pixel exactly, particularly preferably subpixels exactly, so z. B. to 1/10 pixels exactly. This can be z. B. by applying and evaluating a Gauss distribution with respect to the light brightness of the pixels in the recorded image.

Der Abstand des Auges zur Bildaufnahmeeinrichtung kann z. B. unter Verwendung von Informationen bezüglich der (festen) relativen Anordnung der Beleuchtungseinrichtung zur Bildaufnahmeeinrichtung und gegebenenfalls weiteren Informationen bezüglich des optischen Systems der Bildaufnahmeeinrichtung (wie z. B. Vergrößerung, etc.) ermittelt werden. Diese Informationen können als Kalibrierungsdaten in geeigneter Form in einer Kalibrierungsdatenspeichereinrichtung gespeichert sein. Die Kalibrierungsdatenspeichereinrichtung kann Bestandteil der Abstandsbestimmungseinrichtung sein.The distance of the eye to the image recording device may, for. B. using information regarding the (fixed) relative arrangement of the illumination device to the image pickup device and optionally further information regarding the optical system of the image pickup device (such as magnification, etc.) are determined. This information may be stored as calibration data in a suitable form in a calibration data storage device. The calibration data storage device may be part of the distance determination device.

Die Kalibrierungsdaten, die bei der Bestimmung des Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung berücksichtigt werden, können z. B. Daten bezüglich der Zuordnung von Abständen zwischen den zwei vorbestimmten Punkten der Lichtreflexion und von Krümmungen des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion im aufgenommenen Bild zu bestimmten bzw. vorabbestimmten Abständen von Messobjekten zur Bildaufnahmeeinrichtung enthalten. Die Kalibrierungsdaten können anhand von vorbekannten Messobjekten, die in vorbekannten Abständen zur Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet sind, gewonnen werden. Die Messobjekte können Objekte mit einer reflektierenden sphärischen Oberfläche mit vorbekanntem Krümmungsradius sein, wie z. B. sphärische Linsen oder Kugeln (z. B. aus Metall). Vorzugsweise ist der Krümmungsradius der sphärischen Fläche zwischen 7 mm und 10 mm. Dieser Bereich entspricht der Krümmung der menschlichen Hornhaut.The calibration data, which are taken into account in the determination of the distance eye-image recording device, may, for. For example, data relating to the association of distances between the two predetermined points of light reflection and curvatures of the at least one line-shaped portion of the light reflection in the captured image at predetermined distances of measurement objects to the image pickup device. The calibration data can be obtained on the basis of previously known measurement objects which are arranged at known distances from the image recording device. The measurement objects may be objects with a reflective spherical surface with a known radius of curvature, such. Spherical lenses or spheres (eg of metal). Preferably, the radius of curvature of the spherical surface is between 7 mm and 10 mm. This area corresponds to the curvature of the human cornea.

Die Kalibrierungsdaten können mittels einer Interpolation mehrerer Datenpunkten gewonnen werden. Die Datenpunkte können z. B. Messwerte für den Abstand zwischen zwei vorgegebenen Punkten der Lichtreflexion und die Krümmung der Reflexion des linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion in einem Bild enthalten, das durch die Kamera der zu kalibrierenden Messvorrichtung aufgenommen wurde. Die Messwerte können für mehrere unterschiedlich gekrümmte Messobjekte mit bekannten Krümmungen und für mehrere unterschiedliche, vorbekannte Abstände. Messobjekt-Bildaufnahmeeinrichtung gewonnen werden. Die Kalibrierungsdaten können in geeigneter Form gespeichert werden, wie z. B. tabellarisch, graphisch, funktional, etc.The calibration data can be obtained by interpolation of multiple data points. The data points can, for. For example, measured values for the distance between two predetermined points of the light reflection and the curvature of the reflection of the linear portion of the light reflection are included in an image taken by the camera of the measuring device to be calibrated. The measured values can be used for several differently curved measuring objects with known curvatures and for several different, previously known distances. Measuring object image pickup device are obtained. The calibration data can be stored in a suitable form, such as. B. tabular, graphical, functional, etc.

Die in der Beleuchtungseinrichtung angeordnete Lichtquelle kann eine diffus strahlende Lichtquelle sein. Das von der Lichtquelle ausgestrahlte Beleuchtungslicht weist bevorzugt eine Lichtwellenlänge auf, die in den Bilddaten schnell und sicher erkannt werden kann, z. B. automatisch über eine computer-gesteuerte Auswertung. Die Lichtquelle kann z. B. zumindest eine Leuchtstoffröhre, LED, etc. umfassen. Als Lichtquelle kann ebenfalls ein auf einem Bildschirm (wie z. B. der Bildschirm eines mobilen Computers) angezeigtes Muster dienen.The light source arranged in the illumination device may be a diffuse light source. The illumination light emitted by the light source preferably has a wavelength of light which can be recognized quickly and reliably in the image data, e.g. B. automatically via a computer-controlled evaluation. The light source can be z. B. at least one fluorescent tube, LED, etc. include. The light source may also be a pattern displayed on a screen (such as the screen of a mobile computer).

Grundsätzlich kann die Form der Lichtquelle und somit der von der Lichtquelle erzeugten Lichtreflexion unterschiedlich bzw. weitgehend frei sein, da es ausreichend ist, wenn die Lichtquelle zumindest einen im Wesentlichen linienförmigen, insbesondere einen geraden Abschnitt aufweist. So kann die Lichtquelle ein Buchstabe, ein Symbol oder ein Logo sein. In einem Beispiel besteht die Lichtquelle aus dem im Wesentlichen geraden Abschnitt. So kann die Lichtquelle die Form eines Lichtbalkens aufweisen. Die zwei vorbestimmten Punkte, zwischen denen der Abstand im Bild der spekularen Lichtreflexion auf der Hornhaut gemessen wird, können die Endpunkte des Lichtbalkens sein. In diesem Fall entspricht der gemessene Abstand im Bild der Lichtreflexion der Länge des linienförmigen Abschnitts bzw. des Lichtbalkens. Dies ermöglicht eine einfache Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung.In principle, the shape of the light source and thus the light reflection generated by the light source can be different or largely free, since it is sufficient if the light source has at least one substantially linear, in particular a straight section. So the light source can be a letter, a symbol or a logo. In one example, the light source consists of the substantially straight section. Thus, the light source may have the shape of a light bar. The two predetermined points, between which the distance in the image of the specular light reflection on the cornea is measured, may be the end points of the light bar. In this case, the measured distance in the image of the light reflection corresponds to the length of the line-shaped section or the light bar. This allows a simple embodiment of the illumination device.

Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, kann die Lichtquelle ferner zumindest zwei punkt- bzw. kreisförmige Abschnitte bzw. Bereiche aufweisen, welche die Punkte markieren, dessen Abstand im aufgenommenen Bild der spekularen Lichtreflexion auf der Hornhaut gemessen wird. So kann die Lichtquelle z. B. die Form eines Lichtbalkens mit zwei im Wesentlichen punkt- bzw. kreisförmigen Leuchtflecken an beiden Enden des Lichtbalkens aufweisen. Die Leuchtflecken können auch oberhalb und unterhalb des Lichtbalkens in einem vorgegebenen Abstand vom Lichtbalken angeordnet werden.In order to increase the measurement accuracy, the light source may further comprise at least two point or circular portions or areas which mark the points whose distance in the recorded image of the specular light reflection on the cornea is measured. So the light source z. B. have the shape of a light beam with two substantially point or circular light spots at both ends of the light beam. The light spots can also be arranged above and below the light bar at a predetermined distance from the light bar.

Die Lichtquelle und somit die von der Lichtquelle erzeugte spekulare Lichtreflexion kann ebenfalls mehrere im Wesentlichen lineare bzw. ausgedehnte und insbesondere gerade Abschnitte und/oder Abschnitte mit komplizierteren Formen aufweisen. Daten über die Form und/oder Anordnung dieser Abschnitte im aufgenommenen Bild können bei der Bestimmung des Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung verwendet werden, um die Messgenauigkeit zu erhöhen.The light source and thus the specular light reflection generated by the light source may also have a plurality of substantially linear or extended and in particular straight sections and / or sections with more complicated shapes. Data on the shape and / or arrangement of these sections in the captured image may be used in determining the distance eye-imaging device to increase measurement accuracy.

Anhand des ermittelten Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung lassen sich weitere Informationen und/oder Parameter ermitteln. Die Vorrichtung kann dementsprechend eine Datenverarbeitungseinrichtung umfassen, die ausgelegt ist, die weiteren Informationen und/oder Parameter unter Berücksichtigung des ermittelten Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung zu ermitteln.On the basis of the determined distance eye image recording device, further information and / or parameters can be determined. The device can accordingly comprise a data processing device which is designed to determine the further information and / or parameters taking into account the determined distance eye image recording device.

So kann die Vorrichtung eine Skalierungsfaktorbestimmungseinrichtung umfassen, welche ausgelegt ist, anhand des ermittelten Abstands zumindest eines der Augen zur Bildaufnahmeeinrichtung einen Skalierungsfaktor zu ermitteln zum Umrechnen einer, in einem von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bild gemessenen Distanz in eine tatsächliche Distanz zu ermitteln. Die im Bild gemessenen Distanzen können z. B. in Pixel angegeben werden. Der Skalierungsfaktor kann die Umrechnung von in Pixeln gemessenen Distanzen im Bild in tatsächliche Distanzen wiedergeben. Es ist ferner möglich, für jedes Auge des Benutzers einen separaten Skalierungsfaktor zu ermitteln. Sind die ermittelten Abstände Auge-Bildaufnahmeeinrichtung für beide Augen unterschiedlich, kann der Berechnung des Skalierungsfaktors einen Mittelwert der beiden Abstände zugrunde gelegt werden. Thus, the device may comprise a scaling factor determination device which is designed to determine a scaling factor based on the determined distance of at least one of the eyes to the image recording device for converting a distance measured in an image recorded by the image recording device into an actual distance. The distances measured in the picture can be z. B. in pixels. The scaling factor can represent the conversion of distances measured in pixels in the image to actual distances. It is also possible to determine a separate scaling factor for each eye of the user. If the distances determined by eye imaging device for both eyes are different, the calculation of the scaling factor can be based on an average of the two distances.

Das von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommene Bild kann z. B. eine Aufnahme beider Pupillen des Benutzers, vorzugsweise mit der jeweiligen spekularen Lichtreflexion auf der Hornhaut, umfassen. Anhand des aufgenommenen Bilds kann die Position der beiden Pupillen der Augen des Benutzers und die Distanz der beiden Pupillen im aufgenommenen Bild (z. B. in Pixeln) ermittelt werden. Durch die Bestimmung der Distanz der beiden Pupillen im Bild und unter Berücksichtigung der Skalierungsfaktoren für beide Augen kann über eine Mittelung der tatsächliche Abstand zwischen den beiden Augen bzw. zwischen den beiden Pupillen in der Aufnahmesituation ermittelt werden. Bei einem bekannten Fixierpunkt relativ zur Bildaufnahmeeinrichtung bzw. zur Kamera kann die Pupillendistanz mit Hilfe eines Augenmodels für den Blick nach Unendlich umgerechnet werden. In einem Beispiel kann der Fixierpunkt das Kameraobjektiv bzw. ein Punkt des Kameraobjektivs sein.The image taken by the image recording device can, for. B. include a recording of both pupils of the user, preferably with the respective specular light reflection on the cornea. On the basis of the recorded image, the position of the two pupils of the user's eyes and the distance of the two pupils in the recorded image (eg in pixels) can be determined. By determining the distance between the two pupils in the image and taking into account the scaling factors for both eyes, the actual distance between the two eyes or between the two pupils in the recording situation can be determined by averaging. In a known fixation point relative to the image recording device or to the camera, the pupillary distance can be converted by means of an eye model for the view to infinity. In one example, the fixation point may be the camera lens or a point of the camera lens.

Über den Skalierungsfaktor kann z. B. der Pupillendurchmesser eines Auges ermittelt werden, indem z. B. aus einem im aufgenommenen Bild ermittelten Pupillendurchmesser mittels des Skalierungsfaktors der tatsächliche Pupillendurchmesser berechnet wird.About the scaling factor can z. B. the pupil diameter of an eye can be determined by z. B. is calculated from a pupil diameter determined in the recorded image by means of the scaling factor of the actual pupil diameter.

Ferner ist es möglich, einen (z. B. zweiten) Skalierungsfaktor für die Fassungsebene einer vom Benutzer während der Bildaufnahme getragenen Brillenfassung oder Brille zu ermitteln. Die Fassungsebene ist die Ebene, die durch zueinander vertikale Mittellinien der die rechte und linke Scheibenebene der Brillenfassung festlegenden Kastensysteme gebildet ist (siehe z. B. DIN 58208 ).Furthermore, it is possible to determine a (eg second) scaling factor for the frame level of a spectacle frame or spectacles worn by the user during image acquisition. The socket plane is the plane which is formed by mutually vertical center lines of the box systems defining the right and left disk plane of the spectacle frame (see, for example, FIG. DIN 58208 ).

Der Berechnung des Skalierungsfaktors für die Fassungsebene einer vom Benutzer getragenen Brillenfassung oder Brille kann ein Hornhautscheitelabstand zugrunde gelegt werden. Der Hornhautscheitelabstand kann z. B. ein angenommener, durchschnittlicher oder normierter Hornhautscheitelabstand sein. Der Hornhautscheitelabstand kann auch ein zuvor durch anderweitige Messung bestimmter, für den Benutzer individueller Hornhautscheitelabstand sein. Der Skalierungsfaktor für die Fassungsebene einer vom Benutzer getragenen Brillenfassung ermöglicht die Umrechnung der im Bild des Benutzers mit der Brillenfassung gemessenen Distanzen in entsprechende „tatsächliche” Distanzen in der Fassungsebene. Der Skalierungsfaktor für die Fassungsebene kann zur Bestimmung weiterer Parameter wie z. B. Scheibenlänge, Scheibenhöhe, Zentrierhöhe, Abstand zwischen den Gläsern, Glasdurchmesser, etc. verwendet werden. Weitere Korrekturen sind durch vorherige zusätzliche Eingaben weiterer Parameter, wie z. B. Vorneigung, Fassungsscheibenwinkel, etc. möglich. Diese Parameter können durchschnittliche Parameter sein. Die Parameter können auch anderweitig, z. B. durch bereits bekannte Messverfahren, ermittelt werden. Die Vorrichtung kann entsprechende Parametererfassungsmittel zum Erfassen zumindest eines Parameters der Gebrauchsstellung einer vom Benutzer getragenen Brille oder Brillenfassung, wie z. B. Vorneigung, Fassungsscheibenwinkel und/oder Hornhautscheitelabstand, umfassen.Calculation of the scaling factor for the socket level of a user-worn spectacle frame or spectacles may be based on a corneal vertex distance. The corneal vertex distance can z. B. be an assumed, average or normalized corneal vertex distance. The corneal vertex distance may also be a user-specific corneal vertex distance previously determined by other measurement. The scaling factor for the frame level of a spectacle frame worn by the user makes it possible to convert the distances measured in the image of the user with the spectacle frame into corresponding "actual" distances in the frame level. The scaling factor for the socket level can be used to determine other parameters such. As disc length, disc height, centering height, distance between the glasses, glass diameter, etc. are used. Further corrections are made by previous additional inputs of other parameters, such. B. pretilt, lens angle, etc. possible. These parameters can be average parameters. The parameters can also be otherwise, for. B. by already known measuring methods are determined. The device may have corresponding parameter detection means for detecting at least one parameter of the position of use of a user-worn glasses or spectacle frame, such. B. prone, lens angle and / or corneal vertex distance include.

Die Vorrichtung kann eine Parameterbestimmungseinrichtung umfassen, welche ausgelegt ist, zumindest einen optischen Parameter zumindest eines der Augen des Benutzers und/oder einen Parameter der Gebrauchsstellung einer Brille oder Brillenfassung vor den Augen des Benutzers unter Berücksichtigung des ermittelten Abstandes des Auges zur Bildaufnahmeeinrichtung zu ermitteln. Der zumindest eine optische Parameter kann insbesondere anhand der im aufgenommenen Bild gemessenen Distanzen und unter Berücksichtigung der zuvor ermittelten Skalierungsfaktoren ermittelt werden.The device may comprise a parameter determination device which is designed to determine at least one optical parameter of at least one of the eyes of the user and / or a parameter of the position of use of a pair of glasses or spectacle frame in front of the user's eyes, taking into account the determined distance of the eye to the image recording device. The at least one optical parameter can be determined in particular on the basis of the distances measured in the recorded image and taking into account the previously determined scaling factors.

Der zumindest eine optische Parameter des Benutzers kann insbesondere die monokulare Pupillendistanz und/oder die Pupillendistanz und/oder die Scheibenlänge einer vom Benutzer getragenen Brille oder Brillenfassung und/oder die Scheibenhöhe einer vom Benutzer getragenen Brille oder Brillenfassung und/oder die Zentrierhöhe einer vom Benutzer getragenen Brille oder Brillenfassung und/oder der Abstand zwischen den Gläsern einer vom Benutzer getragenen Brille oder zwischen den Gläserringen einer vom Benutzer getragenen Brillenfassung und/oder der Durchmesser der Gläser einer vom Benutzer getragenen Brille oder der Gläserringe einer vom Benutzer getragenen Brillenfassung und/oder der Pupillendurchmesser eines oder beider Augen des Benutzers sein.The at least one optical parameter of the user can be, in particular, the monocular pupil distance and / or the pupil distance and / or the slice length of a user-worn spectacle or spectacle frame and / or the slice height of a user-worn spectacle or spectacle frame and / or the centering height of a user-worn Glasses or spectacle frame and / or the distance between the lenses of a user-worn spectacles or between the lens rings of a user-worn spectacle frame and / or the diameter of glasses worn by a user or the glasses rings of a user-worn spectacle frame and / or the pupil diameter be one or both eyes of the user.

Die obigen und weitere Parameter des Benutzers und/oder der Gebrauchsstellung einer Brille oder Brillenfassung vor den Augen des Benutzers sind beispielsweise in DIN EN ISO 8624 und/oder DIN EN ISO 1366 und/oder DIN 58208 und/oder DIN 5340 beschrieben. Ferner wird hinsichtlich der Definition der Parameter der Augen eines Benutzers oder der Gebrauchsstellung einer Brille oder Brillenfassung vor den Augen des Benutzers auf das Buch „Die Optik des Auges und der Sehhilfen” von Dr. Roland Enders, 1995, Optische Fachveröffentlichung GmbH, Heidelberg verwiesen. Die Normen sowie das genannte Buch stellen für die Begriffsdefinitionen insoweit einen integralen Offenbarungsbestandteil der vorliegenden Anmeldung dar.The above and other parameters of the user and / or the position of use of a pair of glasses or spectacle frame in front of the eyes of the user are for example in DIN EN ISO 8624 and or DIN EN ISO 1366 and or DIN 58208 and or DIN 5340 described. Further, regarding the definition of the parameters of the eyes of a user or the position of use of glasses or spectacle frame in front of the eyes of the user on the book "The Optics of the Eye and the Visual Aids" by Dr. med. Roland Enders, 1995, Optical Publishing GmbH, Heidelberg directed. The standards as well as the mentioned book represent an integral part of the disclosure of the present application for the definitions of terms.

Die Bildaufnahmeeinrichtung kann eine digitale Kamera (z. B. eine CCD Kamera) umfassen, die auf das Auge oder die Augen des Benutzers gerichtet ist. Ferner kann die Bildaufnahmeeinrichtung weitere optische Komponenten (z. B. Linsen, Spiegel, Strahlteiler, etc.) umfassen, um einen geeigneten Strahlengang, eine geeignete Vergrößerung, etc. zu erzielen.The image capture device may include a digital camera (eg, a CCD camera) that is pointed at the user's eye or eyes. Furthermore, the image recording device may comprise further optical components (eg lenses, mirrors, beam splitters, etc.) in order to achieve a suitable beam path, a suitable magnification, etc.

Um eine Art Stereokamerasystem zu realisieren, kann die Bildaufnahmeeinrichtung ausgelegt und eingerichtet sein, Bilder der spekularen bzw. spiegelnden Reflexion der zumindest einen Lichtquelle im Bereich der Hornhaut des Auges des Benutzers aus zumindest zwei unterschiedlichen Blickwinkeln bzw. Aufnahmepositionen aufzunehmen, wobei pro Blickwinkel bzw. pro Aufnahmeposition zumindest ein Bild aufgenommen wird. Wenn die Bildaufnahmeeinrichtung eine Kamera umfasst, kann diese drehbar bzw. schwenkbar angeordnet sein, um Bilder aus zumindest zwei unterschiedlichen Perspektiven aufzunehmen. Die Bildaufnahmeeinrichtung kann auch zumindest zwei Kameras umfassen, die Bilder aus unterschiedlichen Blickwinkeln bzw. aus unterschiedlichen Aufnahmepositionen im Wesentlichen simultan aufnehmen.In order to realize a kind of stereo camera system, the image recording device can be designed and set up to record images of the specular or specular reflection of the at least one light source in the region of the cornea of the user's eye from at least two different viewing angles or recording positions Recording position at least one picture is taken. If the image capture device includes a camera, it may be arranged to be pivotable to receive images from at least two different perspectives. The image recording device can also comprise at least two cameras which record images from different angles of view or from different recording positions substantially simultaneously.

Anhand der aufgenommenen Bilder kann der Abstand Auge-Bildaufnahmeeinrichtung für jeden der Blickwinkel bzw. für jede der Aufnahmepositionen ermittelt werden. So kann die Abstandsbestimmungseinrichtung ausgelegt sein, für jeden der Blickwinkel bzw. für jede der Aufnahmepositionen:
Daten bezüglich des Abstands zwischen den zwei vorbestimmten Punkten der Lichtreflexion und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion in dem zumindest einen aus diesem Blickwinkel bzw. aus dieser Aufnahmeposition aufgenommenen Bild zu ermitteln; und
anhand der ermittelten Daten bezüglich des Abstands zwischen den zwei vorbestimmten Punkten der Lichtreflexion und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion den Abstand des Auges zur Bildaufnahmeeinrichtung bei diesem Blickwinkel bzw. bei dieser Aufnahmeposition zu ermitteln.On the basis of the recorded images, the distance eye-image recording device for each of the viewing angles or for each of the recording positions can be determined. Thus, the distance determining device can be designed, for each of the viewing angles or for each of the recording positions:
Determine data relating to the distance between the two predetermined points of light reflection and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection in the at least one image taken from this viewing angle; and
to determine the distance of the eye to the image pickup device at this viewing angle or at this recording position on the basis of the determined data with respect to the distance between the two predetermined points of the light reflection and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection.

Über die ermittelten Abstände des Auges bzw. der Augen von der Bildaufnahmeeinrichtung bei unterschiedlichen Blickwinkeln kann eine Änderung der Aufnahmeposition ermittelt werden. Hierzu können zusätzlich die Aufnahme eines statischen Objekts und die Berücksichtigung des Winkels von der optischen Achse der Bildaufnahmeeinrichtung zur Horizontalen verwendet werden. Die jeweilige Aufnahmeposition kann aus den Abständen Auge-Bildaufnahmeeinrichtung in einer horizontalen Projektionsebene ermittelt werden. Mit dieser Information kann aus den zumindest zwei aus unterschiedlichen Blickwinkeln bzw. Aufnahmepositionen aufgenommenen Bildern ein Stereokamerasystem bzw. ein stereoskopisches Messsystem realisiert werden. Die horizontale Ebene kann die horizontale Ebene im Bezugssystem des Benutzers und/oder im Bezugssystem der Erde angeordnet sein und durch den Mittelpunkt einer Pupille verlaufen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die beiden Augen des Benutzers beispielsweise in unterschiedlicher Höhe (im Bezugsystem der Erde) angeordnet sind.About the determined distances of the eye or the eyes of the image pickup device at different angles, a change in the recording position can be determined. For this purpose, the recording of a static object and the consideration of the angle from the optical axis of the image recording device to the horizontal can additionally be used. The respective recording position can be determined from the distances eye-image recording device in a horizontal projection plane. With this information, a stereo camera system or a stereoscopic measuring system can be realized from the at least two images recorded from different viewing angles or recording positions. The horizontal plane may be the horizontal plane in the reference system of the user and / or in the frame of reference of the earth and may pass through the center of a pupil. This is the case in particular when the two eyes of the user are arranged, for example, at different heights (in the reference system of the earth).

Die Vorrichtung kann ferner eine 3D-Rekonstruktionseinrichtung umfassen, welche ausgelegt ist, anhand der aus unterschiedlichen Aufnahmepositionen aufgenommenen Bilder und der ermittelten Abstände des zumindest einen Auges des Benutzers zur Bildaufnahmeeinrichtung für jede der Aufnahmepositionen Ortsinformationen im dreidimensionalen Raum für zumindest einen Punkt und/oder einen Bereich des zumindest einen Auges des Benutzers und/oder einer vor dem Auge angeordneten Brille oder Brillenfassung zu ermitteln. So können z. B. dreidimensionale Ortsinformationen für zumindest einen der folgenden Punkte ermittelt werden:

– für einen Schnittpunkt einer im Bezugssystem des Benutzers horizontalen Ebene mit den Brillenglasrändern und/oder den Brillenfassungsrändern der Brille, wobei die horizontale Ebene des Benutzers beide Pupillen des Benutzers schneidet und parallel zu einer vorbestimmten Nullblicklinie des Benutzers verläuft;
– für einen Schnittpunkt einer im Bezugssystem des Benutzers vertikalen Ebene mit den Brillenglasrändern und/oder den Brillenfassungsrändern der Brille, wobei die vertikale Ebene des Benutzers senkrecht zur horizontalen Ebene des Benutzers und parallel zu der vorbestimmten Nullblicklinie des Benutzers verläuft und eine Pupille des Benutzers schneidet;
– für zumindest einen Pupillenmittelpunkt;
– für die Begrenzungen zumindest eines Brillenglases des Benutzers nach einer Bemaßung im Kastenmaß;
– für den Brillenmittelpunkt der Brillenfassung der Brille.

The device may further comprise a 3D reconstruction device which is designed, based on the images taken from different recording positions and the determined distances of the at least one eye of the user to the image pickup device for each of the pickup position location information in three-dimensional space for at least one point and / or area of the at least one eye of the user and / or arranged in front of the eye glasses or spectacle frame to determine. So z. B. three-dimensional location information for at least one of the following points are determined:

For a point of intersection of a horizontal plane in the reference frame of the user with the spectacle lens edges and / or the spectacle frame edges of the spectacles, the horizontal plane of the user intersecting both pupils of the user and running parallel to a predetermined zero vision line of the user;
For a point of intersection of a vertical plane in the reference frame of the user with the lens edges and / or the eyeglass frame edges of the eyeglasses, the user's vertical plane being perpendicular to the user's horizontal plane and parallel to the user's predetermined zero line of sight and intersecting a pupil of the user;
For at least one pupil center;
For the boundaries of at least one spectacle lens of the user after dimensioning in box size;
- For the spectacle center of the spectacle frame of the glasses.

Unter einer Bemaßung im Kastenmaß wird im Sinne dieser Erfindung das Maßsystem verstanden, wie es in einschlägigen Normen, beispielsweise in der DIN EN ISO 8624 und/oder der DIN EN ISO 13666 DIN und/oder der DIN 58208 und/oder der DIN 5340 beschrieben wird.Under a dimension in box size is in the context of this invention, the measurement system understood as it is in relevant standards, for example in the DIN EN ISO 8624 and / or the DIN EN ISO 13666 DIN and / or the DIN 58208 and / or the DIN 5340 is described.

Anhand der ermittelten dreidimensionalen Ortsinformationen können Zentrierdaten und individuelle Parameter des Benutzers ermittelt werden, wie z. B. die zuvor genannten optischen Parameter des Benutzers. Beispielhafte Vorrichtungen und Verfahren zum Bestimmen von Zentrierdaten und individuellen Parametern des Benutzers im dreidimensionalen Raum sind z. B. in den Patentanmeldungen DE 10 2005 003 699 A1 und DE 10 2014 015 671 offenbart.On the basis of the determined three-dimensional location information centering data and individual parameters of the user can be determined, such. B. the aforementioned optical parameters of the user. Exemplary devices and methods for determining centering data and individual parameters of the user in three-dimensional space are e.g. In the patent applications DE 10 2005 003 699 A1 and DE 10 2014 015 671 disclosed.

Die Ermittlung kann eine Bestimmung von korrespondierenden Punkten in den erfassten Bildern aus unterschiedlichen Aufnahmepositionen bzw. aus unterschiedlichen Blickwinkel umfassen. Die korrespondierenden Punkte können mittels einer manuellen Auswertung ermittelt werden. Die korrespondierenden Punkte können auch automatisch, z. B. anhand des in DE 10 2014 015 671 beschriebenen Verfahrens ermittelt werden.The determination may include a determination of corresponding points in the acquired images from different acquisition positions or from different perspectives. The corresponding points can be determined by means of a manual evaluation. The corresponding points can also automatically, z. B. based on the in DE 10 2014 015 671 be determined method described.

Der ermittelte Abstand Auge-Bildaufnahmevorrichtung kann auch für weitere Anwendungen verwendet werden. So kann der Abstand Auge-Bildaufnahmevorrichtung als Parameter bei einer Sehaufgabe, welche auf einem Bildschirm (z. B. auf dem Bildschirm eines Laptops, Notebooks, Tablets, Smartphones, etc.) in variabler Entfernung dargestellt wird, verwendet werden. Im Allgemeinen kann der Abstand Auge-Bildaufnahmevorrichtung als Parameter bei einer variablen Darstellung beliebiger Inhalte abhängig von der Kopfposition des Betrachters vor einem Bildschirm, etc. verwendet werden.The determined distance eye imaging device can also be used for other applications. Thus, the distance eye imaging device may be used as a parameter in a visual task displayed on a screen (eg, on the screen of a laptop, notebook, tablet, smartphone, etc.) at a variable distance. In general, the distance eye imaging device can be used as a parameter in a variable representation of arbitrary contents depending on the head position of the observer in front of a screen, etc.

Die Vorrichtung kann dementsprechend eine Vorrichtung zum Anzeigen beliebiger Daten bzw. Inhalte auf einem Bildschirm sein, wobei der Bildschirm in einer vorgegebenen bzw. bekannten relativen Position zur Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Die Vorrichtung kann eine Bildschirminhaltermittlungseinrichtung umfassen, welche ausgelegt ist, den Abstand zwischen dem Bildschirm und einem Benutzer bzw. einem Betrachter anhand des ermittelten Abstands zwischen dem zumindest einen Auge des Benutzers und der Bildaufnahmeeinrichtung zu ermitteln. Anhand des ermittelten Abstands „Bildschirm-Benutzer” kann der auf dem Bildschirm anzuzeigende bzw. angezeigte Bildschirminhalt in Abhängigkeit von dem ermittelten Abstand zwischen dem Benutzer und dem Bildschirm verändert werden. So können z. B. die Größe und/oder die Position der auf dem Bildschirm angezeigten Bilder in Abhängigkeit von dem ermittelten Abstand Auge-Bildaufnahmeeinrichtung variiert werden.The device may accordingly be a device for displaying any data or contents on a screen, wherein the screen is arranged in a predetermined or known relative position to the image recording device. The device may include a screen content determination device which is designed to determine the distance between the screen and a user or a viewer on the basis of the determined distance between the at least one eye of the user and the image recording device. On the basis of the determined distance "screen user", the screen content to be displayed or displayed on the screen can be changed as a function of the determined distance between the user and the screen. So z. Example, the size and / or the position of the images displayed on the screen depending on the determined distance eye image pickup device can be varied.

Die Vorrichtung kann auch eine Vorrichtung zur Sehschärfebestimmung mit einem Bildschirm sein, auf welchem unterschiedliche Sehzeichen (so genannte Optotypen) zum Durchführen eines Sehtests angezeigt werden. Der Abstand des Benutzers von dem Bildschirm kann in Abhängigkeit von dem ermittelten Abstand Auge-Bildaufnahmevorrichtung ermittelt werden (bei bekannter relativer Anordnung des Bildschirms zur Bildaufnahmeeinrichtung). Die individuelle Sollgröße eines auf dem Bildschirm gezeigten Sehzeichens kann in Abhängigkeit von dem ermittelten Abstand Auge-Bildschirm ermittelt werden. Eine beispielhafte Vorrichtung zur Sehschärfebestimmung mit variabler Größe der Sehzeichen ist z. B. in der Anmeldung DE 10 2014 009 459 offenbart.The device may also be a device for visual acuity determination with a screen on which different optotypes (so-called optotypes) are displayed for performing an eye test. The distance of the user from the screen can be determined in dependence on the determined distance eye imaging device (with known relative arrangement of the screen to the image recording device). The individual nominal size of an optotype shown on the screen can be determined as a function of the determined distance eye screen. An exemplary apparatus for visual acuity determination with variable size of the optotypes is z. B. in the application DE 10 2014 009 459 disclosed.

Die Vorrichtung kann als eine tragbare, mobile Vorrichtung ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann dabei in der Hand einer Bedienperson getragen und bedient werden. Für den mobilen Einsatz kann zum Beispiel das Objektiv der Bildaufnahmeeinrichtung als ein Fixierobjekt für den Benutzer verwendet werden, der in einer Nullblickrichtung auf das Objektiv blickt.The device may be designed as a portable, mobile device. The device can be carried and operated in the hands of an operator. For mobile use, for example, the lens of the image pickup device may be used as a fixation object for the user who is looking at the lens in a zero-sighting direction.

Die Vorrichtung kann insbesondere in einen mobilen Computer (wie z. B. Notebook, Tablet, Smartphone, etc.) integriert sein. Dabei dient die in dem mobilen Computer integrierte Kamera als die Bildaufnahmeeinrichtung. Die oben beschriebenen Berechnungen des Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung, des Skalierungsfaktors, der optischen Parameter, der Ortsdaten im dreidimensionalen Raum, etc. können mittels des Prozessors des mobilen Computers durchgeführt werden. Die Beleuchtungseinrichtung kann zumindest eine Lichtquelle (z. B. eine Linienlichtquelle) umfassen, die am Gehäuse des mobilen Computers befestigt ist und/oder in dem Gehäuse integriert ist. Es ist auch möglich, den Bildschirm des mobilen Computers als Lichtquelle zu benutzen. Eine Kombination unterschiedlicher Lichtquellen (z. B. Bildschirm mit zusätzlicher Lichtquelle(n)) ist auch möglich.In particular, the device can be integrated into a mobile computer (such as a notebook, tablet, smartphone, etc.). In this case, the camera integrated in the mobile computer serves as the image recording device. The above-described calculations of the distance eye image pickup device, the scale factor, the optical parameters, the location data in three-dimensional space, etc. can be performed by the processor of the mobile computer. The illumination device may comprise at least one light source (eg, a line light source) attached to the housing of the mobile computer and / or integrated in the housing. It is also possible to use the screen of the mobile computer as a light source. A combination of different light sources (eg screen with additional light source (s)) is also possible.

Die Vorrichtung kann ferner einen Speicher zum Speichern des ermittelten Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung und gegebenenfalls weiterer Daten (wie z. B. die ermittelten optischen Parameter) und/oder eine Datenausgabeeinrichtung (umfassend z. B. einen Bildschirm) zur Ausgabe des ermittelten Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung und gegebenenfalls weiterer Daten umfassen. Die Abstandsbestimmungseinrichtung, die Kalibrierungsdatenspeichereinrichtung, die Skalierungsfaktorbestimmungseinrichtung, die Parametererfassungsmittel, die Parameterbestimmungseinrichtung, die 3D-Rekonstruktionseinrichtung und/oder der Speicher können in einer Datenverarbeitungseinrichtung umfassend einen oder mehrere Prozessoren bzw. einen oder mehrere Computer implementiert werden.The apparatus may further comprise a memory for storing the determined distance eye image recording device and optionally further data (such as the determined optical parameters) and / or a data output device (comprising eg a screen) for outputting the determined distance eye-image recording device. Include image recording device and optionally further data. The distance determination device, the calibration data storage device, the scaling factor determination device, the parameter acquisition device, the parameter determination device, the 3D reconstruction device and / or the memory can be implemented in a data processing device comprising one or more processors or one or more computers.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren umfassend:
Erzeugen einer spekularen Lichtreflexion mit zumindest einem linienförmigen Abschnitt auf der Hornhaut eines Auges eines Benutzers, wobei die Lichtreflexion von einer Beleuchtungseinrichtung erzeugt wird, welche in einer festen relativen Position von einer Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet ist;
Aufnehmen zumindest eines Bildes der spekularen bzw. spiegelnden Lichtreflexion im Bereich der Hornhaut des Auges des Benutzers;
Ermitteln des Abstands zwischen zwei vorbestimmten bzw. vorgegebenen Punkten der Lichtreflexion und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion im aufgenommenen Bild; und
Ermitteln des Abstands des Auges des Benutzers zur Bildaufnahmeeinrichtung anhand der ermittelten Daten bezüglich des Abstands zwischen den zwei vorbestimmten bzw. vorgegebenen Punkten der Lichtreflexion und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion. A second aspect of the invention relates to a method comprising:
Generating a specular light reflection having at least one line-shaped portion on the cornea of an eye of a user, wherein the light reflection is generated by a lighting device which is arranged in a fixed relative position of an image pickup device;
Taking at least one image of the specular or specular light reflection in the area of the cornea of the user's eye;
Determining the distance between two predetermined points of light reflection and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection in the captured image; and
Determining the distance of the eye of the user to the image pickup device based on the determined data with respect to the distance between the two predetermined or predetermined points of light reflection and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection.

Wie oben beschrieben kann die Lichtreflexion von einer in der Bildaufnahmeeinrichtung angeordneten strukturierten Lichtquelle mit einer vorbekannten Struktur erzeugt werden. Die vorbekannte Struktur kann insbesondere einen vorbekannten Abstand zwischen zwei vorbestimmten Punkten und eine vorbekannte Form (z. B. eine Gerade) eines im Wesentlichen linienförmigen Abschnitts umfassen.As described above, the light reflection from a patterned light source arranged in the image pickup device can be generated with a prior art structure. The previously known structure may in particular comprise a previously known distance between two predetermined points and a previously known shape (eg a straight line) of a substantially line-shaped section.

Das Verfahren kann ferner ein Speichern des ermittelten Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung in einer Speichervorrichtung, ein Anzeigen des ermittelten Abstands auf einem Bildschirm, eine akustische Widergabe des ermittelten Abstands, und/oder ein Übermitteln des ermittelten Abstands an andere Vorrichtungen, etc. umfassen. Das Ermitteln des Abstands zwischen den zwei vorbestimmten bzw. vorgegebenen Punkten der Lichtreflexion und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion im aufgenommenen Bild und das Ermitteln des Abstands des Auges des Benutzers zur Bildaufnahmeeinrichtung anhand der ermittelten Daten bezüglich des Abstands zwischen den zwei vorbestimmten Punkten der Lichtreflexion und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion können von einem geeignet programmierten Prozessor oder Computer ausgeführt werden.The method may further comprise storing the determined distance eye image recording device in a storage device, displaying the determined distance on a screen, an acoustic reproduction of the determined distance, and / or transmitting the determined distance to other devices, etc. Determining the distance between the two predetermined points of the light reflection and the curvature of the at least one linear portion of the light reflection in the recorded image and determining the distance of the user's eye to the image recording device based on the determined data with respect to the distance between the two predetermined points the light reflection and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection may be performed by a suitably programmed processor or computer.

Der ermittelte Abstand kann, wie oben beschrieben, unter Berücksichtigung von Kalibrierungsdaten ermittelt werden. Das Verfahren kann z. B. ein Erfassen von Kalibrierungsdaten (z. B. durch Auslesen von in einer Kalibrierungsdatenspeichereinrichtung gespeicherten Daten) und ein Ermitteln des Abstands des Auges zur Bildaufnahmeeinrichtung unter Berücksichtigung der Kalibrierungsdaten umfassen. Die Kalibrierungsdaten können Daten bezüglich einer Zuordnung von Abständen zwischen zwei vorbestimmten Punkten der Lichtreflexion und von Krümmungen des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion im aufgenommenen Bild zu bestimmten Abständen des Auges zur Bildaufnahmeeinrichtung enthalten.The determined distance can, as described above, be determined taking into account calibration data. The method may, for. B. acquiring calibration data (eg, by reading data stored in a calibration data storage device) and determining the distance of the eye to the image capture device taking into account the calibration data. The calibration data may include data relating to an association of distances between two predetermined points of light reflection and curvatures of the at least one linear portion of the light reflection in the captured image at certain distances of the eye to the image pickup device.

Wie oben beschrieben kann das Verfahren unterschiedlich ausgebildete bzw. strukturierte Lichtreflexionen verwenden. So kann die Lichtreflexion die Form eines Lichtbalkens aufweisen; und/oder zumindest zwei punkt- bzw. kreisförmige Bereiche aufweisen; und/oder mehrere linienförmige Abschnitte aufweisen.As described above, the method can use differently-formed or structured light reflections. Thus, the light reflection may be in the form of a light beam; and / or have at least two point or circular areas; and / or have a plurality of line-shaped sections.

Das Verfahren kann ferner ein Ermitteln eines Skalierungsfaktors zum Umrechnen einer in einem von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bild gemessenen Distanz in eine tatsächliche Distanz und/oder ein Ermitteln eines Skalierungsfaktors für die Fassungsebene einer vom Benutzer getragenen Brillenfassung oder Brille anhand des ermittelten Abstandes des zumindest einen Auges zur Bildaufnahmeeinrichtung umfassen.The method may further comprise determining a scaling factor for converting a distance measured at an image taken by the image pickup device into an actual distance and / or determining a scale factor for the socket level of a user-worn eyeglass frame or eyeglasses based on the determined distance of the at least one eye Include image pickup device.

Das Verfahren kann ebenfalls ein Ermitteln zumindest eines optischen Parameters zumindest eines der Augen des Benutzers und/oder eines Parameters der Gebrauchsstellung einer Brille oder Brillenfassung vor den Augen des Benutzers unter Berücksichtigung des ermittelten Abstandes zumindest einen Auges zur Bildaufnahmeeinrichtung, wie vorstehend in Zusammenhang mit der Vorrichtung erläutert, umfassen.The method can likewise include determining at least one optical parameter of at least one of the user's eyes and / or a parameter of the use position of a spectacle or spectacle frame in front of the user, taking into account the determined distance of at least one eye to the image recording device, as described above in connection with the device explained.

Das Verfahren kann ein Aufnehmen von Bildern der spekularen bzw. spiegelnden Reflexion im Bereich der Hornhaut des Auges des Benutzers aus zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmepositionen umfassen. Für jede der Aufnahmepositionen können der Abstand zwischen zwei vorbestimmten Punkten der Lichtreflexion und die Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion in dem aus dieser Aufnahmeposition aufgenommenen Bild ermittelt werden. Anhand der ermittelten Daten bezüglich der Länge und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion kann der Abstand des Auges zur Bildaufnahmeeinrichtung bei dieser Aufnahmeposition ermittelt werden. Somit ist es möglich, stereoskopische Bilder zu erstellen bzw. zu generieren.The method may include taking images of the specular reflection in the area of the cornea of the user's eye from at least two different acquisition positions. For each of the pickup positions, the distance between two predetermined points of light reflection and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection in the image picked up from this pickup position can be determined. On the basis of the determined data regarding the length and the curvature of the at least one line-shaped section of the light reflection, the distance of the eye to the image recording device can be determined at this recording position. Thus it is possible to create or generate stereoscopic images.

Insbesondere kann das Verfahren ein Ermitteln von Ortsinformationen im dreidimensionalen Raum für zumindest einen Punkt und/oder Bereich des zumindest einen Auges des Benutzers und/oder einer vor dem Auge angeordneten Brille oder Brillenfassung umfassen anhand der aufgenommenen Bilder aus unterschiedlichen Aufnahmepositionen und der ermittelten Abstände des zumindest einen Auges des Benutzers zur Bildaufnahmeeinrichtung für jede Aufnahmeposition.In particular, the method can comprise determining location information in three-dimensional space for at least one point and / or area of the at least one eye of the user and / or of spectacles or spectacle frames arranged in front of the eye based on the recorded images from different recording positions and the determined distances of the at least one eye of the user to the image recording device for each recording position.

Das Verfahren kann ferner ein Ermitteln des Abstands zwischen dem Benutzer und einem Bildschirm anhand des ermittelten Abstands zwischen dem zumindest einen Auge des Benutzers und der Bildaufnahmeeinrichtung umfassen, wobei der Bildschirm in einer vorgegebenen, bekannten relativen Position zur Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Der ermittelte Abstand Auge-Bildschirm kann dem Benutzer angezeigt werden und/oder in einem Speichergespeichert werden. Das Verfahren kann ferner ein Verändern des auf dem Bildschirm anzuzeigenden bzw. angezeigten Bildschirminhalts in Abhängigkeit von dem ermittelten Abstand des zumindest einen Auges des Benutzers zur Bildaufnahmeeinrichtung umfassen. So ist es z. B. möglich, ein flexibles Verfahren zum Bestimmen optischer Seheigenschaften bzw. optischer Korrekturwerte eines Benutzers zu realisieren.The method may further comprise determining the distance between the user and a screen based on the determined distance between the at least one eye of the user and the image recording device, wherein the screen is arranged in a predetermined, known relative position to the image recording device. The determined distance eye screen can be displayed to the user and / or stored in a memory. The method may further comprise changing the screen content to be displayed on the screen according to the determined distance of the at least one eye of the user to the image capturing device. So it is z. For example, it is possible to realize a flexible method for determining optical visual properties or optical correction values of a user.

Ein dritter Aspekt betrifft ein Computerprogrammprodukt umfassend Programmteile, welche, wenn geladen in einen Computer, ausgelegt sind, ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt und insbesondere die in Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt erläuterten Verfahrensschritte auszuführen.A third aspect relates to a computer program product comprising program parts which, when loaded into a computer, are designed to execute a method according to the second aspect and in particular the method steps explained in connection with the method according to the second aspect.

Insbesondere wird ein Computerprogrammprodukt umfassend Programmteile vorgeschlagen, welche, wenn geladen in einen Computer, ausgelegt sind, ein Verfahren mit den folgenden Schritten auszuführen:
Erfassen zumindest eines Bildes der spekularen Reflexion zumindest einer Lichtreflexion im Bereich der Hornhaut des Auges eines Benutzers, wobei die Lichtreflexion einen linienförmigen Abschnitt aufweist und von einer Beleuchtungseinrichtung ausgestrahlt wird, welche in einer festen relativen Position von einer Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet ist;
Ermitteln des Abstands zwischen zwei vorbestimmten Punkten der Lichtreflexion und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion im erfassten Bild; und
Ermitteln des Abstands des Auges des Benutzers zur Bildaufnahmeeinrichtung anhand der ermittelten Daten bezüglich der Länge und der Krümmung des zumindest einen linienförmigen Abschnitts der Lichtreflexion.In particular, there is proposed a computer program product comprising program parts which, when loaded into a computer, are adapted to perform a method with the following steps:
Detecting at least one image of the specular reflection of at least one light reflection in the region of the cornea of a user's eye, the light reflection having a line-shaped section and being emitted by a lighting device which is arranged in a fixed relative position by an image recording device;
Determining the distance between two predetermined points of light reflection and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection in the captured image; and
Determining the distance of the eye of the user to the image recording device based on the determined data with respect to the length and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection.

Mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den obigen Aspekten der Erfindung kann der Abstand Auge-Bildaufnahmeeinrichtung einfach und genau bestimmt werden. Im Gegensatz zu Messvorrichtungen, wie z. B. Koinzidenz-Ophthalmometern, bei denen der Abstand der Lichtquelle zur Hornhaut entweder durch eine technische Vorrichtung (z. B. durch einen Kollimator beim Helmholtz-Typ) als konstant erzwungen wird oder bei ungenauer Kenntnis zu einer Messunsicherheit führt (Javal-Typ), wird im vorliegenden Aufbau der Abstand durch Messung bestimmt. Dabei ist keine Fixierung des zu vermessenden Benutzers durch eine Kopfstütze erforderlich. Vielmehr findet die Messung in natürlicher Kopf- und Körperhaltung des Benutzers statt. Die Vorrichtung und das Verfahren sind insbesondere zur mobilen Anwendung geeignet. So kann als Messgerät ein mobiler Computer mit integrierter Kamera und gegebenenfalls zusätzlicher Lichtquelle verwendet werden. Bei mobilen Computern, welche eine bildschirmseitige Kamera aufweisen, kann der Bildschirm selbst als Lichtquelle verwendet werden. Der ermittelte Abstand Auge-Bildaufnahmeeinrichtung kann zur Bestimmung weiterer optischer Parameter des Benutzers eingesetzt werden (wie z. B. Pupillendistanz, Einschleifhöhe, etc.). Es ist ferner möglich, ein verbessertes Stereokamerasystem zu realisieren. Der ermittelte Abstand Auge-Bildaufnahmeeinrichtung kann ebenfalls zur Darstellung von Inhalten abhängig von der Position, insbesondere der Kopfposition eines Betrachters relativ zu einem Bildschirm eingesetzt werden. So kann z. B. der ermittelte Abstand Auge-Bildaufnahmeeinrichtung als Parameter bei einer Sehaufgabe, die auf einem Tablet-Computer in variabler Entfernung dargestellt wird, eingesetzt werden. Weitere Anwendungen in kamera-basierten optischen Systemen sind ebenfalls denkbar.With the apparatus and method according to the above aspects of the invention, the distance eye-imaging device can be determined easily and accurately. In contrast to measuring devices, such. B. coincidence ophthalmometers, in which the distance of the light source to the cornea either by a technical device (eg., By a collimator in the Helmholtz type) is enforced as constant or inaccurate knowledge leads to a measurement uncertainty (Javal type), In the present structure, the distance is determined by measurement. In this case, no fixation of the user to be measured by a headrest is required. Rather, the measurement takes place in the natural head and posture of the user. The device and the method are particularly suitable for mobile use. So can be used as a measuring device, a mobile computer with integrated camera and possibly additional light source. In mobile computers having a camera on the side of the screen, the screen itself can be used as a light source. The determined distance eye image recording device can be used to determine further optical parameters of the user (such as pupil distance, grinding height, etc.). It is also possible to realize an improved stereo camera system. The determined distance eye image recording device can also be used to display content depending on the position, in particular the head position of a viewer relative to a screen. So z. For example, the determined distance eye-imaging device as a parameter in a visual task that is displayed on a tablet computer at a variable distance, are used. Other applications in camera-based optical systems are also conceivable.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand beispielhafter Ausführungsformen und begleitender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments and accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung des Messprinzips des Abstands Auge-Bildaufnahmeeinrichtung unter Ausnutzung der Hornhautreflexion; 1 a schematic representation of the measuring principle of the distance eye image recording device using the corneal reflection;

2 in einem dreidimensionalen Diagramm die Abhängigkeit des Abstands Messobjekt-Bildaufnahmeeinrichtung von der Objektkrümmung und der Größe des Reflexionsbilds; 2 in a three-dimensional diagram, the dependence of the distance measuring object image pickup device of the object curvature and the size of the reflection image;

3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Kamera und einer Messeinrichtung zum Bestimmen des Abstands Auge-Kamera; 3 a schematic representation of a device with a camera and a measuring device for determining the distance eye-camera;

4 eine perspektivische, schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Kamera und einer Messeinrichtung zum Bestimmen des Abstands Auge-Kamera; 4 a perspective, schematic representation of a device with a camera and a measuring device for determining the distance eye-camera;

5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Kamera und einer Messeinrichtung zum Bestimmen des Abstands Auge-Kamera; 5 a schematic representation of a device with a camera and a measuring device for determining the distance eye-camera;

6 beispielhafte Lichtquellen; 6 exemplary light sources;

7 eine beispielhafte Bildaufnahme eines Testobjekts (eines Glases); 7 an exemplary image capture of a test object (a glass);

8 ein beispielhaftes Intensitätsprofil in einem Schnitt durch die Lichtreflexion bei dem in 7B gezeigten Bild; 8th an exemplary intensity profile in a section through the light reflection at the in 7B shown picture;

9 die Positionen der ermittelten Zentren der Intensitätsprofile in unterschiedlichen Schnitten durch die Lichtreflexion bei dem in 7B gezeigten Bild und eine angepasste quadratische Funktion; 9 the positions of the determined centers of the intensity profiles in different sections by the light reflection at the in 7B shown image and a customized quadratic function;

10 Isolinien des Abstands Objekt-Kamera als Funktion der im Bild gemessenen Form der spekularen Lichtreflexion auf der Hornhaut; 10 Isolines of the distance Object camera as a function of the form of specular light reflection on the cornea measured in the image;

11 Isolinien der Objektkrümmung als Funktion der im Bild gemessenen Form der spekularen Lichtreflexion auf der Hornhaut; 11 Isolines of object curvature as a function of the form of specular light reflection on the cornea measured in the image;

12 Bildaufnahmen von vier unterschiedlichen Testobjekten; 12 Image recordings of four different test objects;

13A ein beispielhaftes Bild der Augenpartie eines Benutzers; 13A an exemplary image of the eye area of a user;

13B ein beispielhaftes Bild der spekularen Lichtreflexion einer linienförmigen Lichtquelle auf der Hornhaut. 13B an exemplary image of the specular light reflection of a linear light source on the cornea.

1 illustriert das Messprinzip eines Messsystems unter Ausnutzung der Hornhautreflexion. Das Messsystem umfasst eine Kamera (Bildaufnahmevorrichtung) K und in fester Position dazu zwei Punktlichtquellen L1 und L2. Die punktförmigen Lichtquellen L1 und L2 sind auf ein reflektierendes Objekt O gerichtet. Im Bild der Kamera K wird das Objekt O abgebildet und von jeder Lichtquelle ein spekularer bzw. spiegelnder Reflex erzeugt. Bei einem flachen Objekt, das sich in einem festen Winkel zur optischen Achse der Kamera K bewegt, ist der Abstand der Lichtreflexionen der beiden Lichtquellen abhängig von dem Abstand des Objekts O zur Kamera K. Bei einem gekrümmten Objekt hängt der Abstand der Lichtreflexionen ebenfalls von der Krümmung des Objektes ab. Bei einer konvexen Krümmung, die der Kamera K zugewandt ist, nimmt der Abstand der beiden Lichtreflexionen zueinander mit zunehmender Krümmung ab. 1 illustrates the measuring principle of a measuring system taking advantage of the corneal reflection. The measuring system comprises a camera (image recording device) K and, in fixed position, two point light sources L1 and L2. The point-shaped light sources L1 and L2 are directed to a reflective object O. In the image of the camera K, the object O is imaged and generated by each light source a specular or specular reflex. For a flat object that moves at a fixed angle to the optical axis of the camera K, the distance of the light reflections of the two light sources is dependent on the distance of the object O to the camera K. In a curved object, the distance of the light reflections also depends on the Curvature of the object. In a convex curvature, which faces the camera K, the distance between the two light reflections decreases with increasing curvature.

Das reflektierende Objekt O weist einen Krümmungsradius r auf. So wirkt z. B. die Hornhaut eines Auges wie ein sphärischer Spiegel mit einem Radius r.The reflective object O has a radius of curvature r. So z. For example, the cornea of an eye is like a spherical mirror with a radius r.

Für einen sphärischen Spiegel gilt in paraxialer Näherung: 1/a' = 1/a + 2/r (1) For a spherical mirror, in a paraxial approximation: 1 / a '= 1 / a + 2 / r (1)

In Formel (1) bezeichnet:

a': den Abstand zwischen dem Scheitel des sphärischen Spiegels und der virtuellen Bildebene des Bilds der Lichtquellen;
a: den Abstand zwischen dem Scheitel des sphärischen Spiegels und der Ebene, in der die beiden Punktlichtquellen L1 und L2 angeordnet sind; und
r: den Krümmungsradius des sphärischen Spiegels.

In formula (1) denotes:

a ': the distance between the apex of the spherical mirror and the virtual image plane of the image of the light sources;
a: the distance between the apex of the spherical mirror and the plane in which the two point light sources L1 and L2 are arranged; and
r: the radius of curvature of the spherical mirror.

Die Kamera K ist auf das Objekt O gerichtet. Eine Verbindungslinie zwischen einem Blendenmittelpunkt der Kamera K und einem Objektscheitelpunkt des Objekts O ist in 1 strichpunktiert als Verbindungsachse A gezeigt und kann mit der optischen Achse der Kamera K zusammenfallen. In 1 ist der erste Abstand y1 der ersten Lichtquelle L1 von der Verbindungsachse A gezeigt sowie der zweite Abstand der zweiten Lichtquelle L2 von der Verbindungsachse A. Die beiden Lichtquellen L1 und L2 weisen einen realen Abstand Δy = y2 – y1 voneinander auf.The camera K is directed to the object O. A connecting line between a diaphragm center of the camera K and an object vertex of the object O is in 1 dash-dotted lines shown as the connection axis A and can coincide with the optical axis of the camera K. In 1 is the first distance y1 of the first light source L1 shown by the connection axis A and the second distance of the second light source L2 from the connection axis A. The two light sources L1 and L2 have a real distance Δy = y2 - y1 from each other.

In der von der Kamera K angefertigten Aufnahme des Objekts O erscheint das erste virtuelle Lichtbild L1' der ersten Lichtquelle L1 unter einem ersten virtuellen Abstand y1' und das zweite virtuelle Lichtbild L2' der zweiten Lichtquelle L2 unter einem zweiten virtuellen Abstand y2' von der Verbindungsachse A. Die beiden virtuellen Lichtbilder L1' und L2' liegen gemeinsam in der virtuellen Bildebene, in der sie einen virtuellen Bildabstand Δy' = y2' – y1' voneinander aufweisen.In the photograph of the object O taken by the camera K, the first virtual light image L1 'of the first light source L1 appears at a first virtual distance y1' and the second virtual light image L2 'of the second light source L2 appears below a second virtual distance y2' from the connection axis A. The two virtual light images L1 'and L2' lie together in the virtual image plane in which they have a virtual image distance Δy '= y2' - y1 'from each other.

In der Bildebene der Kamera K erscheint das erste Lichtquellenbild unter dem ersten Bildebenenabstand y1'' und das zweite Lichtquellenbild unter dem zweiten Bildebenenabstand y2'' von der Verbindungsachse A. Somit weisen die beiden Lichtquellenbilder in der Bildebene der Kamera K einen Bildabstand bzw. eine Bildgröße Δy'' = y2'' – y1'' auf.In the image plane of the camera K, the first light source image appears below the first image plane distance y1 "and the second light source image below the second image plane distance y2" from the connection axis A. Thus, the two light source images in the image plane of the camera K have an image distance or image size Δy "= y2" -y1 ".

Für die beiden Lichtquellen L1 und L2 gilt jeweils: y1/(y1') = a/a' (2) y2/(y2') = a/a' (3) For both light sources L1 and L2 the following applies: y1 / (y1 ') = a / a' (2) y2 / (y2 ') = a / a' (3)

Von der Kamera K wird der Abstand der Bilder der beiden Lichtquellen betrachtet, also der virtuelle Bildabstand, der gegeben ist durch: Δy' = y2' – y1' (4) From the camera K, the distance of the images of the two light sources is considered, so the virtual image distance, which is given by: Δy '= y2' - y1 '(4)

Ein Auflösen der Gleichungen (1) bis (3) nach a' bzw. y1' und y2' ergibt: a' = (ar)/(2a + r) (6) y1' = a'y1/a (7) y2' = a'y2/a. (8) Solving equations (1) to (3) for a 'or y1' and y2 'yields: a '= (ar) / (2a + r) (6) y1 '= a'y1 / a (7) y2 '= a'y2 / a. (8th)

Ein Einsetzen der Formel (6) in die Formeln (7) und (8) ergibt: y1' = y1r/(2a + r) (9) y2' = y2r/(2a + r) (10) Substituting the formula (6) into the formulas (7) and (8) gives: y1 '= y1r / (2a + r) (9) y2 '= y2r / (2a + r) (10)

Für den virtuellen Bildabstand Δy' der beiden virtuellen Lichtbilder L1' und L2' voneinander gilt somit: Δy' = y2' – y1' = (r(y2 – y1))/(2a + r) (11) For the virtual image distance Δy 'of the two virtual light images L1' and L2 'of one another, the following applies: Δy '= y2' - y1 '= (r (y2 - y1)) / (2a + r) (11)

Für eine ideale Kamera ist die Bildgröße Δy'' des virtuellen Bildabstands Δy' der Reflexion der Lichtquellen invers proportional zum Abstand der Kamera und proportional der Größe des virtuellen Bildabstands Δy': Δy'' ∝ Δy'/(a' + a + b) (12) For an ideal camera, the image size Δy "of the virtual image distance Δy 'of the reflection of the light sources is inversely proportional to the distance of the camera and proportional to the size of the virtual image distance Δy': Δy '' α Δy '/ (a' + a + b) (12)

Der Abstand b zwischen der Kamera und der Lichtquelle ist bekannt und fest. Der Abstand a' ist im Vergleich zum Abstand a klein und kann vernachlässigt werden. Für b = 0 ergibt sich somit Δy'' ∝ r(y1 – y2)/(2a + r)a (13) The distance b between the camera and the light source is known and fixed. The distance a 'is small compared to the distance a and can be neglected. For b = 0, this results Δy "αr (y1-y2) / (2a + r) a (13)

Bei festem realen Abstand Δy = (y2 – y1) der Lichtquellen L1 und L2 voneinander und konstantem Radius r des Objekts kann somit aus dem Bild der Reflexionen der beiden Lichtquellen, insbesondere aus deren Bildabstand im Kamerabild, der Abstand a ermittelt werden, wenn eine kalibrierte Kamera (z. B. eine Kamera mit fixierter Optik, insbesondere mit einem konstanten Vergrößerungsfaktor) verwendet wird.At a fixed real distance Δy = (y2-y1) of the light sources L1 and L2 from each other and constant radius r of the object can thus be determined from the image of the reflections of the two light sources, in particular their image distance in the camera image, the distance a, if a calibrated Camera (eg a camera with fixed optics, in particular with a constant magnification factor) is used.

Die erhaltene Abhängigkeit des Abstands a von der Objektkrümmung und der Größe des Reflexionsbilds für einen festen realen Abstand Δy = (y2 – y1) der beiden Lichtquellen voneinander ist in 2 dargestellt.The resulting dependence of the distance a from the curvature of the object and the size of the reflection image for a fixed real distance Δy = (y2-y1) of the two light sources from each other is shown in FIG 2 shown.

Das obige Messprinzip lässt sich ebenfalls auf Linienlichtquellen anwenden, d. h. Lichtquellen, welche ausgedehnte, linienförmige und insbesondere geraden Abschnitte aufweisen. So kann z. B. anhand der Länge und der Krümmung der spekularen Reflexion der Linienlichtquelle auf der Hornhaut des Auges oder auf dem gekrümmten Testobjekt der Abstand zwischen dem Auge bzw. dem Testobjekt und der Kamera ermittelt werden.The above measuring principle can also be applied to line light sources, i. H. Light sources, which have extended, linear and in particular straight sections. So z. B. on the basis of the length and the curvature of the specular reflection of the line light source on the cornea of the eye or on the curved test object, the distance between the eye or the test object and the camera can be determined.

3 zeigt schematisch den Aufbau einer beispielhaften Vorrichtung 1 mit einer Kamera 12 (als Bildaufnahmeeinrichtung) und einer Messeinrichtung zum Bestimmen des Abstands zumindest eines der Augen eines Benutzers von der Kamera (Abstand Auge-Kamera). Die Vorrichtung 1 kann z. B. eine Vorrichtung zum Bestimmen der Parameter der Augen eines Benutzers und/oder der Gebrauchsstellung einer Brille oder einer Brillenfassung vor den Augen eines Benutzers, eine Videovermessungs- und Zentriervorrichtung (wie z. B. die Vorrichtung ImpressionIST^® der Firma Rodenstock GmbH, Deutschland), eine Vorrichtung zum Anzeigen von Daten (z. B. Bilddaten) in Abhängigkeit von der Position eines Betrachters, etc. sein. 3 schematically shows the structure of an exemplary device 1 with a camera 12 (as an image recording device) and a measuring device for determining the distance of at least one of the eyes of a user from the camera (distance eye-camera). The device 1 can z. Example, a device for determining the parameters of the eyes of a user and / or the use position of a pair of glasses or a spectacle frame in front of the eyes of a user, a Videovermessungs- and centering device (such as the device ImpressionIST ^® the company Rodenstock GmbH, Germany) , a device for displaying data (eg, image data) depending on the position of a viewer, etc.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Linienlichtquelle 10, die ausgelegt und eingerichtet ist, eine lineare bzw. im Wesentlichen linienförmige Lichtreflexion auf der Hornhaut der Augen 14A und 14B eines Benutzers zu erzeugen. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Bildaufnahmeeinrichtung mit einer Kamera 12, die auf die Augen 14A und 14B des Benutzers gerichtet ist. Die Linienlichtquelle 10 kann z. B. eine Leuchtstoffröhre oder eine LED Linienleuchte sein, die in einer festen und vorbekannten Position zur Kamera 12 angeordnet ist. Die Kamera 12 nimmt die Reflexionen bzw. die Spiegelungen Ref_L der Lichtquelle auf der Hornhaut der beiden Augen auf. Im Bild erscheint die Reflexion Ref_L gekrümmt, wobei die Krümmung bei konstantem Abstand des Benutzers zur Kamera abhängig vom Hornhautradius ist. Ebenso ist die Krümmung der Reflexion Ref_L im Bild abhängig vom Abstand Auge-Kamera, wobei diese Abhängigkeit deutlich geringer ist als die Abhängigkeit vom Hornhautradius. Der Abstand zwischen den Endpunkten der Reflexion Ref_L im Bild (d. h. die Länge der Reflexion Ref_L im Bild) ist abhängig vom Abstand Auge-Kamera. Ebenfalls ist die Länge der Reflexion Ref_L in erster Linie abhängig vom Abstand Auge-Kamera und in zweiter Linie abhängig vom Hornhautradius.The device 1 includes a lighting device with a line light source 10 , which is designed and arranged, a linear or substantially linear light reflection on the cornea of the eyes 14A and 14B of a user. The device 1 further comprises an image pickup device with a camera 12 on the eyes 14A and 14B directed by the user. The line light source 10 can z. As a fluorescent tube or an LED line light be in a fixed and known position to the camera 12 is arranged. The camera 12 picks up the reflections or reflections Ref_L of the light source on the cornea of both eyes. In the image, the reflection Ref_L appears curved, with the curvature at constant distance of the user to the camera depending on the corneal radius. Likewise, the curvature of the reflection Ref_L in the image depends on the distance between the eye and the camera, whereby this dependence is significantly less than the dependence on the corneal radius. The distance between the end points of the reflection Ref_L in the image (ie the length of the reflection Ref_L in the image) depends on the distance between the eye and the camera. The length of the reflection Ref_L is also primarily dependent on the distance between the eye and the camera and secondarily on the corneal radius.

Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Abstandsbestimmungseinrichtung 20, die ausgelegt ist, anhand des zumindest einen aufgenommenen Bildes der spekularen Reflexion der Lichtquelle den Abstand des jeweiligen Auges zur Kamera 12 zu ermitteln. Die Abstandsbestimmungseinrichtung 20 kann mittels eines geeignet programmierten Computers oder Prozessors realisiert werden. Die spekulare Reflexion der Lichtquelle auf der Hornhaut wird als spekulare Lichtreflexion bezeichnet.The device 1 further comprises a distance determining means 20 , which is designed, based on the at least one recorded image of the specular reflection of the light source, the distance of the respective eye to the camera 12 to investigate. The distance determination device 20 can be realized by means of a suitably programmed computer or processor. The specular reflection of the light source on the cornea is called specular light reflection.

4 zeigt schematisch eine andere beispielhafte Vorrichtung 2 mit einer Kamera und einer Messeinrichtung zum Bestimmen des Abstands Auge-Kamera, welche zur mobilen Anwendung geeignet ist. Wie bei der in 3 gezeigten Vorrichtung 1 kann die in 4 gezeigte Vorrichtung 2 eine Vorrichtung zum Bestimmen der Parameter der Augen eines Benutzers und/oder der Gebrauchsstellung einer Brille oder einer Brillenfassung vor den Augen eines Benutzers, eine Videovermessungs- und zentriervorrichtung, eine Vorrichtung zum Anzeigen von Daten (z. B. Bilddaten) in Abhängigkeit von der Position eines Betrachters, etc. sein. 4 schematically shows another exemplary device 2 with a camera and a measuring device for determining the distance eye camera, which is suitable for mobile application. As with the in 3 shown device 1 can the in 4 shown device 2 a Device for determining the parameters of the eyes of a user and / or the position of use of a spectacle or spectacle frame in front of the eyes of a user, a video surveying and centering device, a device for displaying data (eg image data) in dependence on the position of a user Be observers, etc.

Die Vorrichtung 2 kann in einem mobilen Computer, wie z. B. einem Laptop, Notebook, Tablet-Computer oder Smartphone integriert sein. Die Vorrichtung 2 umfasst eine Kamera 12, die z. B. die im mobilen Computer integrierte Kamera sein kann. Die Vorrichtung 2 umfasst ferner eine Linienlichtquelle 10, die als Beleuchtungseinrichtung für das Verfahren zum Bestimmen des Abstands zumindest eines Auges eines Benutzers von der Kamera dient. Die Linienlichtquelle 10 ist in einem festen und vorbestimmten Abstand zur Kamera 12 angeordnet. Die Linienlichtquelle 10 kann z. B. an die der Kamera 12 gegenüberliegende Seite des Gehäuses des mobilen Computers 16 angebracht werden. Sowohl die Lichtquelle 10 als auch die Kamera 12 sind auf die Augen 14 des Benutzers gerichtet. Die spekulare Reflexion der Lichtquelle 10 auf der Hornhaut der Augen 14 des Benutzers wird von der Kamera 12 aufgenommen und, wie oben beschrieben, mittels einer Abstandsbestimmungseinrichtung (nicht gezeigt) analysiert, um den Abstand Auge-Kamera zu bestimmen.The device 2 can work in a mobile computer, such as B. a laptop, notebook, tablet computer or smartphone. The device 2 includes a camera 12 that z. B. may be integrated in the mobile computer camera. The device 2 further comprises a line light source 10 , which serves as illumination means for the method for determining the distance of at least one eye of a user from the camera. The line light source 10 is at a fixed and predetermined distance to the camera 12 arranged. The line light source 10 can z. B. to the camera 12 opposite side of the housing of the mobile computer 16 be attached. Both the light source 10 as well as the camera 12 are on the eyes 14 directed by the user. The specular reflection of the light source 10 on the cornea of the eyes 14 the user gets from the camera 12 and, as described above, analyzed by distance determining means (not shown) to determine the eye-to-camera distance.

Es ist möglich, den Bildschirm 18 durch Anzeigen eines geeigneten Bildschirminhalts als Beleuchtungseinrichtung zu verwenden. Die Lichtquelle ist in diesem Fall der diffus strahlende Bildschirminhalt, zum Beispiel in Form einer hellen Linie, eines Zeichens mit linearem Abschnitt, etc., auf schwarzem oder auf homogen gefärbtem Hintergrund. In diesem Fall ist das Anbringen einer zusätzlichen Lichtquelle nicht erforderlich.It is possible the screen 18 by using a suitable screen content as a lighting device to use. The light source in this case is the diffused screen content, for example in the form of a bright line, a linear segmented character, etc., on a black or homogeneously colored background. In this case, the attachment of an additional light source is not required.

5 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung 3, welche in einen mobilen Computer 16 (z. B. in einen Notebook oder einen Laptop PC) integriert ist und/oder durch den mobilen Computer 16 bereitgestellt wird und welche verwendet werden kann, den Abstand des Auges bzw. der Augen 14 eines Benutzers von einer in den mobilen Computer 16 integrierten Kamera 12 zu bestimmen. In diesem Fall dient der Bildschirm 18 des mobilen Computers 16 als Beleuchtungseinrichtung. Eine auf dem Bildschirm 18 gezeigte Lichtquelle strahlt auf die Hornhaut zumindest eines der Augen 14 des Benutzers. Die spekulare Lichtreflexion auf der Hornhaut des Auges wird mittels der in dem mobilen Computer 16 integrierten Kamera 12 aufgenommen und mittels einer Abstandsbestimmungseinrichtung (nicht gezeigt) analysiert. 5 shows an exemplary device 3 which is in a mobile computer 16 (eg in a notebook or a laptop PC) is integrated and / or by the mobile computer 16 is provided and which can be used, the distance of the eye or the eyes 14 a user from one to the mobile computer 16 integrated camera 12 to determine. In this case, the screen is used 18 of the mobile computer 16 as a lighting device. One on the screen 18 The light source shown radiates on the cornea of at least one of the eyes 14 the user. The specular light reflection on the cornea of the eye is done by means of the in the mobile computer 16 integrated camera 12 recorded and analyzed by means of a distance determining device (not shown).

Die Lichtquelle kann unterschiedliche Geometrien aufweisen und somit als strukturierte Lichtquelle ausgebildet sein. 6 zeigt vier beispielhafte Lichtquellen. 6A zeigt eine lineare Lichtquelle in Form eines Lichtbalkens mit vorbestimmter Länge. 6B zeigt eine Lichtquelle umfassend einen linearen Abschnitt in Form eines Lichtbalkens und zwei punktförmige bzw. kreisförmige Abschnitte an den beiden Enden des Lichtbalkens (oberhalb und unterhalb des linearen Abschnitts). Die Beleuchtungseinrichtung umfasst dementsprechend eine lineare Lichtquelle bzw. Linienlichtquelle und zwei punktförmige Lichtquellen in einer vorbestimmten Anordnung zueinander, die zusammen eine strukturierte Lichtquelle bilden. Da eine Lokalisierung der Mitten bzw. der Zentren der zwei punktförmigen bzw. kreisförmigen Abschnitte in dem aufgenommenen Bild einfacher und präziser möglich ist, wird eine genauere Abstandsmessung als mit der in 6A gezeigten Lichtquelle ermöglicht.The light source may have different geometries and thus be formed as a structured light source. 6 shows four exemplary light sources. 6A shows a linear light source in the form of a light beam of predetermined length. 6B shows a light source comprising a linear section in the form of a light bar and two punctiform or circular sections at the two ends of the light bar (above and below the linear section). The illumination device accordingly comprises a linear light source or line light source and two point light sources in a predetermined arrangement to each other, which together form a structured light source. Since a localization of the centers of the two punctiform or circular sections in the recorded image is easier and more precise possible, a more accurate distance measurement than with the in 6A allows light source shown.

6C zeigt eine Lichtquelle umfassend einen linearen Abschnitt mit punkt- bzw. kreisförmig ausgeführten Enden. Durch die Verwendung dieser Lichtquelle wird ebenfalls eine verbesserte Abstandsmessung ermöglicht. Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber der in 6B gezeigten Anordnung ist, dass lediglich eine einzelne Lichtquelle benötigt wird. 6D zeigt eine Lichtquelle in Symbolform, hier das Unternehmenslogo der Firma Rodenstock GmbH. Die Lichtquelle weist einen linearen bzw. geraden Abschnitt auf, mittels welchem das beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann. 6C shows a light source comprising a linear portion with point or circular ends running. The use of this light source also enables improved distance measurement. The advantage of this arrangement over in 6B shown arrangement is that only a single light source is needed. 6D shows a light source in symbol form, here the company logo of the company Rodenstock GmbH. The light source has a linear section, by means of which the described method can be carried out.

7 zeigt eine Fotografie eines gekrümmten Glases mit einer beispielhaften Vorrichtung, die ähnlich wie die Vorrichtungen 1, 2 und/oder 3 aufgebaut und angeordnet ist. So weist die Vorrichtung eine Kamera und eine Messeinrichtung umfassend eine Linienlichtquelle L3 und zwei Punktlichtquellen L1 und L2 auf, wobei die Lichtquellen L1, L2 und L3 in einer festen und vorbekannten Position (z. B. in einem festen Abstand) relativ zur Kamera angeordnet sind. Zusammen bilden sie eine strukturierte Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung. Als Testobjekt bzw. Messobjekt dient das in 7 aufgenommene gekrümmte Glas als Objekt mit einer sphärischen Krümmung mit Radius r, welches das menschliche Auge simuliert. 7 shows a photograph of a curved glass with an exemplary device similar to the devices 1 . 2 and or 3 is constructed and arranged. Thus, the device comprises a camera and a measuring device comprising a line light source L3 and two point light sources L1 and L2, wherein the light sources L1, L2 and L3 are arranged in a fixed and known position (eg at a fixed distance) relative to the camera , Together they form a structured light source of the illumination device. The test object or measuring object is the in 7 taken curved glass as an object with a spherical curvature of radius r, which simulates the human eye.

Eine Lichtreflexion Ref_L3 der Linienlichtquelle L3 erscheint im Bild der Kamera K gekrümmt. Die Krümmung ist bei konstantem Abstand des Objekts O zur Kamera K abhängig vom Radius r des Objekts O. Ebenso ist die Krümmung der Lichtreflexion abhängig vom Abstand des Objekts O zur Kamera K. Der Abstand der Lichtreflexionen Ref_L1 und Ref_L2 der beiden Punktlichtquellen L1 und L2 ist vom Abstand des Objekts O zur Kamera K und von der Krümmung r des Objekts O abhängig (vgl. auch Gleichung 12 und 13). Da die Abhängigkeit von der jeweils zweitgenannten Größe deutlich geringer ist, kann durch Kombination der beiden Informationen aus den Reflexionen eine eindeutige Beziehung zum Abstand des Objekts O zur Kamera K und zur Krümmung r des Objekts O hergestellt werden.A light reflection Ref_L3 of the line light source L3 appears curved in the image of the camera K. The curvature is at a constant distance of the object O to the camera K depending on the radius r of the object O. Similarly, the curvature of the light reflection depends on the distance of the object O to the camera K. The distance of the light reflections Ref_L1 and Ref_L2 of the two point light sources L1 and L2 depends on the distance of the object O to the camera K and on the curvature r of the object O (see also Equations 12 and 13). Since the dependence on the second-mentioned size is significantly lower, by combining the two information from the reflections a clear relationship to the distance of the object O to the camera K and the curvature r of the object O are produced.

Als Testobjekte können insbesondere sphärische Silikat-Gläser mit unterschiedlichen Krümmungsradien dienen. Mittels der Kamera werden in unterschiedlichen Entfernungen Bilder der verschiedenen sphärischen Silikat-Gläser aufgenommen und mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt) ausgewertet.Spherical silicate glasses with different radii of curvature can serve in particular as test objects. By means of the camera, images of the different spherical silicate glasses are taken at different distances and evaluated by means of a data processing device (not shown).

7 zeigt eine beispielhafte Bildaufnahme eines Glases mit einem Krümmungsradius r = 39,47 mm bei einem Abstand von 37 cm der Kamera K vom Objekt O. Auf dem aufgenommenen Bild sind die Lichtreflexionen der drei Lichtquellen deutlich zu sehen. 7 shows an exemplary image of a glass with a radius of curvature r = 39.47 mm at a distance of 37 cm of the camera K from the object O. On the recorded image, the light reflections of the three light sources are clearly visible.

Anhand der Bildaufnahme kann mittels einer Abstandsbestimmungseinrichtung der Abstand Testobjekt-Kamera ermittelt werden. Das Ermitteln des Abstands Testobjekt-Kamera umfasst ein Ermitteln des Abstands der Reflexionen Ref_L1 und Ref_L2 der beiden Punktlichtquellen L1 und L2 im aufgenommenen Bild. Um den Abstand der Reflexionen Ref_L1 und Ref_L2 der beiden Punktlichtquellen L1 und L2 im aufgenommenen Bild zu ermitteln, also z. B. den Bildabstands Δy'', können zuerst manuell oder automatisch die Zentren der Reflexionen der jeweiligen Punktlichtquelle im aufgenommenen Bild ermittelt werden. Der Bildabstand Δy'' zwischen den im Bild ermittelten Zentren der beiden Reflexionen der Punktlichtquellen (z. B. in Pixeln) ist gleich dem Abstand zwischen den Reflexionen im Bild der beiden Punktlichtquellen. Aus dem Bildabstand Δy'' kann z. B. mittels Gleichung (13) der Abstand Testobjekt-Kamera ermittelt werden.On the basis of the image recording, the distance between the test object camera can be determined by means of a distance determination device. The determination of the distance of the test object camera comprises determining the distance of the reflections Ref_L1 and Ref_L2 of the two point light sources L1 and L2 in the recorded image. In order to determine the distance of the reflections Ref_L1 and Ref_L2 of the two point light sources L1 and L2 in the recorded image, so z. As the image distance Δy '', the centers of the reflections of the respective point light source in the captured image can be determined manually or automatically first. The image distance Δy "between the centers of the two reflections of the point light sources determined in the image (for example in pixels) is equal to the distance between the reflections in the image of the two point light sources. From the image distance Δy '' z. B. by means of equation (13) the distance test object camera can be determined.

Das Ermitteln des Abstands Testobjekt-Kamera umfasst ferner ein Ermitteln der Krümmung der Lichtreflexion der Linienlichtquelle L1 im aufgenommenen Bild. Für die Krümmung der Lichtreflexion der Linienlichtquelle im Bild können Intensitäts- bzw. Helligkeitsprofile (Linienprofile) in horizontaler (oder vertikaler) Richtung über den Bereich der Reflexion im Bild erstellt werden (z. B. mit einer Breite von 1 Pixel (px)). Anders ausgedrückt können Intensitäts- bzw. Helligkeitsprofile in unterschiedlichen Schnitten (z. B. unterschiedlichen horizontalen oder vertikalen Schnitten) durch die Lichtreflexion der Lichtquelle im Bild ermittelt werden.The determination of the distance of the test object camera further comprises determining the curvature of the light reflection of the line light source L1 in the recorded image. For the curvature of the light reflection of the line light source in the image, intensity or brightness profiles (line profiles) in horizontal (or vertical) direction can be created over the area of reflection in the image (eg with a width of 1 pixel (px)). In other words, intensity or brightness profiles in different sections (eg different horizontal or vertical sections) can be determined by the light reflection of the light source in the image.

An jedes der ermittelten Intensitäts- bzw. Helligkeitsprofile kann jeweils eine Gaussfunktion oder eine andere geeignete Interpolationsfunktion angepasst werden. Das Maximum der angepassten Gaussfunktion gibt das Zentrum der Lichtreflexion der Linienlichtquelle L1 am Ort des jeweiligen Linienprofils an. Durch die ermittelten Zentren der Linienprofile kann eine quadratische Funktion angepasst werden, deren Faktor für die quadratische Abhängigkeit die Krümmung der Linie angibt.A Gaussian function or another suitable interpolation function can be adapted to each of the determined intensity or brightness profiles. The maximum of the matched Gaussian function indicates the center of the light reflection of the line light source L1 at the location of the respective line profile. The determined centers of the line profiles can be used to adapt a quadratic function whose quadratic dependence factor indicates the curvature of the line.

8 zeigt ein beispielhaftes Linienprofil im aufgenommenen Bild der Hornhautreflexion der Linienlichtquelle und die angepasste Gauss-Funktion. Als Abszisse ist die horizontale Position eines Bildpunktes in Pixeln (px) und als Ordinate die Intensität bzw. Helligkeit des Bildpunkts (in Graustufenwerten) angegeben. Dabei kennzeichnet x0 den höchsten Punkt (also das Maximum) der angepassten Gaussfunktion, der als Zentrum der Lichtreflexion weiterverwendet wird. In 8 bezeichnet y0 einen Intensitätsoffset, A die Amplitude, und „width” die Breite der Gaussverteilung, welche für die Berechnung nicht weiterverwendet werden müssen. 8th shows an exemplary line profile in the captured image of the corneal reflection of the line light source and the adjusted Gaussian function. The abscissa is the horizontal position of a pixel in pixels (px) and the ordinate is the intensity or brightness of the pixel (in grayscale values). Where x0 is the highest point (that is, the maximum) of the fitted Gaussian function, which is used as the center of light reflection. In 8th y0 denotes an intensity offset, A the amplitude, and "width" the width of the Gaussian distribution, which need not be reused for the calculation.

9 zeigt einzelne Messwerte sowie eine gefittete Funktion durch die Positionen der im Bild ermittelten Zentren der Linienprofile. Durch die gefittete Funktion wird eine angepasste quadratische Funktion bereitgestellt, bei der der Vorfaktor zum quadratischen Term und somit die Krümmung als K2 bezeichnet ist. K1 stellt den linearen Koeffizient und K0 die Konstante der angepassten quadratischen Funktion dar. Damit wird die Krümmung der Reflexion Ref_R3 durch eine Funktion ausgedrückt. 9 shows individual measured values as well as a fitted function through the positions of the centers of the line profiles determined in the picture. The fitted function provides a fitted quadratic function in which the pre-factor to the quadratic term, and thus the curvature, is denoted K2. K1 represents the linear coefficient and K0 the constant of the adjusted quadratic function. Thus, the curvature of the reflection Ref_R3 is expressed by a function.

10 und 11 zeigen jeweils die Isolinien der Objekt-Kamera Abstände in cm (10) und die Objektkrümmungen in mm (11). Die gemessene Krümmung der Lichtreflexion der Linienlichtquelle im aufgenommenen Bild (angegeben in 1/px²) ist auf die Abszisse der 10 und 11 aufgetragen. Der gemessene Abstand der Lichtreflexionen der beiden Punktlichtquellen im aufgenommenen Kamerabild in Pixeln (px) ist als Ordinate der 10 und 11 aufgetragen. Aus 10 und 11 ist ersichtlich, dass die Objektkrümmung nichtlinear vom Abstand Objekt-Kamera abhängt. Anhand der Länge und Krümmung der Lichtreflexionen der Lichtquellen im Bild können somit beide Größen (Abstand Objekt-Kamera und Objektkrümmung) eindeutig ermittelt werden. 10 and 11 In each case the isolines of the object camera show distances in cm ( 10 ) and the object curvatures in mm ( 11 ). The measured curvature of the light reflection of the line light source in the captured image (indicated in 1 / px ² ) is on the abscissa of the 10 and 11 applied. The measured distance of the light reflections of the two point light sources in the recorded camera image in pixels (px) is as the ordinate of 10 and 11 applied. Out 10 and 11 it can be seen that the curvature of the object depends non-linearly on the distance between the object and the camera. On the basis of the length and curvature of the light reflections of the light sources in the image both sizes (distance object camera and curvature object) can be determined clearly.

Zur Bestimmung des Abstandes Auge-Kamera ist eine Linienlichtquelle ausreichend. Die Bestimmung kann anhand der äußersten Punkte der Linienlichtquelle erfolgen. Damit kann ein einfacher Aufbau realisiert werden.To determine the distance eye-camera, a line light source is sufficient. The determination can be made on the outermost points of the line light source. Thus, a simple structure can be realized.

12 zeigt Fotografien (Bildaufnahmen) von vier unbeschichteten Linsen mit unterschiedlichen Krümmungsradien zwischen 7 mm und 10 mm, nämlich 7,06 mm; 7,75 mm; 7,85 mm und 9,09 mm. Die Vorrichtung, mit der die in 12 gezeigten Bildaufnahmen erhalten worden sind, entspricht im Wesentlichen der in 4 gezeigten Vorrichtung 2. 12 shows photographs (pictures) of four uncoated lenses with different radii of curvature between 7 mm and 10 mm, namely 7.06 mm; 7.75 mm; 7.85 mm and 9.09 mm. The device with which the in 12 have been obtained, corresponds substantially to the in 4 shown device 2 ,

Insbesondere weist die Vorrichtung eine im Wesentlichen gerade Linienlichtquelle auf, welche eine gekrümmte linienförmige Lichtreflexion auf der untersuchten Linse erzeugt. Die Linienlichtquelle ist an einer der langen Seiten eines Tablet-Computers befestigt ist. In diesem Beispiel ist die Länge der Linienlichtquelle 55 cm und der Abstand zwischen der im Tablet-Computer integrierten Kamera und der Linienlichtquelle ist 18 cm. Die Krümmungsradien der Linsen sind ähnlich dem Krümmungsradius der menschlichen Hornhaut (ca. 7,8 mm) und eignen sich somit als Testobjekte für die Erstellung von Kalibrierungsdaten für die Vorrichtung bzw. die in die Vorrichtung integrierte Messeinrichtung. In particular, the device has a substantially straight line light source which produces a curved line-shaped light reflection on the examined lens. The line light source is attached to one of the long sides of a tablet computer. In this example, the length of the line light source is 55 cm, and the distance between the tablet-integrated camera and the line light source is 18 cm. The radii of curvature of the lenses are similar to the radius of curvature of the human cornea (approximately 7.8 mm) and thus are suitable as test objects for the preparation of calibration data for the device or the device integrated in the device.

Die Linsen mit den Lichtreflexionen wurden bei unterschiedlichen Abständen im Bereich von 20 cm bis 75 cm zur Kamera aufgenommen. Aus den aufgenommenen Bildern wurde, wie oben beschrieben, die Krümmung und der Abstand der äußersten Punkte (also der Endpunkte) der Lichtreflexion der Linienlichtquelle ermittelt bzw. bestimmt.The lenses with the light reflections were taken at different distances in the range of 20 cm to 75 cm to the camera. As described above, the curvature and the distance of the outermost points (ie the end points) of the light reflection of the line light source were determined or determined from the recorded images.

Eine alleinige Bestimmung der Krümmung oder der Länge der Reflexion kann ggf. nur eine ungenaue Bestimmung des Abstands des Objekts zur Kamera erlauben. Werden sowohl Krümmung als auch Länge der Reflexion berücksichtigt, kann der Abstand des Objekts (z. B. eines Auges) zur Kamera genauer bestimmt werden.An exclusive determination of the curvature or the length of the reflection may possibly only allow an inaccurate determination of the distance of the object to the camera. If both the curvature and the length of the reflection are taken into account, the distance of the object (eg an eye) to the camera can be determined more accurately.

Eine Längenbestimmung der Reflexionen der Lichtquelle in Pixeln kann dabei einen Fehler von maximal 5% der Gesamtlänge der Reflexion der Lichtquelle aufweisen, bevorzugt von maximal 2%, besonders bevorzugt von maximal 1%.A determination of the length of the reflections of the light source in pixels may have a maximum error of 5% of the total length of the reflection of the light source, preferably of at most 2%, more preferably of at most 1%.

Anhand der Daten bezüglich der Länge und der Krümmung der Lichtreflexion in dem von der Kamera aufgenommenen Bild für unterschiedliche Abstände Objekt-Kamera und für Objekte mit unterschiedlichen Krümmungen können Kalibrierungsdaten ermittelt werden, mittels der die Objekt-Kamera Entfernung und die Krümmung eines unbekannten Messobjekts (wie z. B. das Auge eines Benutzers) bestimmt werden können. Die Kalibrierungsdaten können in geeigneter Form (z. B. tabellarisch, funktionell, etc.) gespeichert werden.Based on the data on the length and curvature of the light reflection in the camera-captured image for different object camera distances and for objects of different curvatures, calibration data can be obtained by which the object camera removes and the curvature of an unknown object (such as the object) eg the eye of a user). The calibration data may be stored in a suitable form (eg, tabular, functional, etc.).

Die oben beschriebene Kalibrierung mittels Kalibrierungsdaten, die anhand Aufnahmen entsprechender Testobjekte verschiedener Radien in verschieden Abständen zur Kamera gewonnen werden, kann bei allen beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren vorgenommen werden. Dazu können mehr oder weniger als vier Testobjekte verwendet werden. Die Radien der Testobjekte und deren Abstände zur Kamera können so gewählt werden, dass diese im Wesentlichen den später zu messenden Bereich abdecken. Es sind jedoch später auch Messungen möglich, die über diesen Bereich hinausgehen.The above-described calibration by means of calibration data, which are obtained by recording corresponding test objects of different radii at different distances from the camera, can be carried out in all the devices and methods described. More or less than four test objects can be used for this purpose. The radii of the test objects and their distances from the camera can be chosen so that they essentially cover the area to be measured later. However, later measurements are possible beyond this range.

Anhand der Daten bezüglich der Länge und der Krümmung der Lichtreflexion in dem von der Kamera aufgenommenen Bild für unterschiedliche Abstände Objekt-Kamera und für Objekte mit unterschiedlichen Krümmungen kann ein Skalierungsfaktor ermittelt werden, mit welchem die im Bild gemessenen Abstände in (reale) Abstände Auge-Kamera bzw. Objekt-Kamera umgerechnet werden können. Mit der Kalibrierung bzw. mit diesem Skalierungsfaktor kann z. B. eine Messung der Pupillendistanz PD durchgeführt werden.Based on the data regarding the length and the curvature of the light reflection in the image taken by the camera for different distances object camera and for objects with different curvatures, a scaling factor can be determined, with which the distances measured in the image in (real) distances eye- Camera or object camera can be converted. With the calibration or with this scaling factor can z. B. a measurement of the pupillary distance PD can be performed.

Die Messung der Pupillendistanz PD umfasst die Aufnahme zumindest eines Bildes der Augenpartie eines Benutzers mit der kalibrierten Kamera des Messsystems. 13A zeigt in einer Fotografie ein aufgenommenes Bild der Augenpartie eines Benutzers.The measurement of the pupillary distance PD comprises the acquisition of at least one image of the eye area of a user with the calibrated camera of the measuring system. 13A shows in a photograph a captured image of the eye area of a user.

Die spekulare Lichtreflexion de r Linienlichtquelle kann manuell oder automatisch mittels geeigneter Bildverarbeitungsalgorithmen im aufgenommenen Bild der Augenpartie identifiziert werden. Der Bildbereich, welcher die spekulare Lichtreflexion der jeweiligen Lichtquelle enthält, kann aus dem Bild der Augenpartie ausgeschnitten und separat analysiert werden. 13B zeigt das ausgeschnittene Bild der spekularen Lichtreflexion der Linienlichtquelle.The specular light reflection of the line light source can be identified manually or automatically by means of suitable image processing algorithms in the recorded image of the eye area. The image area containing the specular light reflection of the respective light source can be cut out of the image of the eye area and analyzed separately. 13B shows the cut-out image of the specular light reflection of the line light source.

Anhand der Bilddaten der spekularen Lichtreflexion können die Krümmung und die Länge der Reflexion der Linienlichtquelle im Bild manuell oder automatisch mittels geeigneter Bildverarbeitungsverfahren ermittelt werden. Die Ermittlung der Krümmung der spekularen Lichtreflexion kann die Anpassung einer quadratischen Funktion an die aufgenommene Reflexion umfassen. Die quadratische Funktion kann wie oben beschrieben, anhand von Linienprofilen in einer Mehrzahl von horizontalen oder vertikalen Schnitten durch die Lichtreflexion ermittelt werden.On the basis of the image data of the specular light reflection, the curvature and the length of the reflection of the line light source in the image can be determined manually or automatically by means of suitable image processing methods. The determination of the curvature of the specular light reflection may include the adaptation of a quadratic function to the recorded reflection. As described above, the quadratic function can be determined from line profiles in a plurality of horizontal or vertical sections by the light reflection.

Bei dem in den 13A und 13B gezeigten Beispiel kann eine Parabel mit einem quadratischen Faktor angepasst werden. Der quadratische Vorfaktor kann als Krümmungsradius verwendet werden. Die Länge der Reflexion kann subpixelgenau aus dem Bild ermittelt werden.In the in the 13A and 13B For example, a parabola can be fitted with a quadratic factor. The square prefactor can be used as the radius of curvature. The length of the reflection can be determined with subpixel precision from the image.

Durch ein Ermitteln der Werte für den Objekt-Radius und den Objekt-Kamera Abstand aus der Kalibrierung (z. B. analog zu den in den 10 und 11 gezeigten Diagrammen) kann die Position des Auges im Raum zur Kamera ermittelt werden. Für die in den 13A und 13B gezeigte Aufnahme ergeben sich somit ein bestimmbarer Abstand für das linke Auge und ein bestimmbarer Abstand für das rechte Auge.By determining the values for the object radius and the object-camera distance from the calibration (eg analogous to those in the 10 and 11 shown diagrams), the position of the eye in space to the camera can be determined. For those in the 13A and 13B shown recording thus give a determinable distance for the left eye and a definable distance for the right eye.

Aus der Kalibrierung ergibt sich für diese Entfernung Auge-Kamera ein Umrechnungs- bzw. Skalierungsfaktor in Pixeln pro Millimeter [px mm^–1].From the calibration results for this distance eye camera a conversion or scaling factor in pixels per millimeter [px mm ^-1 ].

Die Pupillenmitte des jeweiligen Auges kann manuell oder automatisch mittels geeigneter Bildverarbeitungsverfahren ermittelt werden. Aus der Bildaufnahme der Augenpartie (13A) ergibt sich ein Abstand der beiden Pupillenmitten von z. B. 350 px, abhängig von der Auflösung der Aufnahme. Unter Berücksichtigung des zuvor ermittelten Skalierungsfaktors in px/mm ergibt sich somit eine Pupillendistanz PD in mm. Bei einem bekannten Fixierpunkt relativ zur Kamera kann die Pupillendistanz mit Hilfe eines Augenmodells für den Blick nach Unendlich umgerechnet werden. So kann eine Konvergenzkorrektur für den mittleren Augenabstand (als Mittelwert des linken und rechten Augenabstands) ermittelt werden, so dass sich eine korrigierte Pupillendistanz ergibt.The pupil center of the respective eye can be determined manually or automatically by means of suitable image processing methods. From the image of the eye area ( 13A ) results in a distance of the two pupil centers of z. 350 px, depending on the resolution of the recording. Taking into account the previously determined scaling factor in px / mm, this results in a pupillary distance PD in mm. With a known fixation point relative to the camera, the pupil distance can be converted to infinity with the aid of an eye model. Thus, a convergence correction for the mean eye distance (as average value of the left and right eye distance) can be determined, so that a corrected pupil distance results.

Eine Verbesserung der Messgenauigkeit kann durch eine höhere Auflösung des Bildes erreicht werden. Dies kann durch einen kleineren Messabstand oder durch Verwenden eines Objektivs mit kleinerem Öffnungswinkel erzielt werden. Soll die Messvorrichtung in einen mobilen Computer integriert werden, kann für die Kamera eine Vorsatzoptik verwendet werden. Eine Verbesserung der Messgenauigkeit kann auch durch eine andere Form der Lichtquelle erreicht werden.An improvement of the measurement accuracy can be achieved by a higher resolution of the image. This can be achieved by a smaller measuring distance or by using a lens with a smaller opening angle. If the measuring device is to be integrated into a mobile computer, an optical attachment can be used for the camera. An improvement in the measurement accuracy can also be achieved by another form of the light source.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AA: Verbindungsachseconnecting axis
OO: Objektobject
KK: Kameracamera
L1, L2L1, L2: PunktlichtquellenPoint light sources
L3L3: LinienlichtquelleLine light source
Ref_LRef_L: Lichtreflexion auf der HornhautLight reflection on the cornea
Ref_L1Ref_L1: Reflexion einer Punktlichtquelle auf einem TestobjektReflection of a point light source on a test object
Ref_L2Ref_L2: Reflexion einer Punktlichtquelle auf einem TestobjektReflection of a point light source on a test object
Ref_L3Ref_L3: Reflexion einer Linienlichtquelle auf einem TestobjektReflection of a line light source on a test object
y1y1: erster Abstandfirst distance
y2y2: zweiter Abstandsecond distance
y1'y1 ': erster virtueller Abstandfirst virtual distance
y2'y2 ': zweiter virtueller Abstandsecond virtual distance
y1''y1 '': erster Bildebenenabstandfirst image plane distance
y2''y2 '': zweiter Bildebenenabstandsecond image plane distance
ΔyDy: realer Abstandreal distance
Δy'Ay ': virtueller Bildabstandvirtual image distance
Δy''Ay '': Bildabstandimage distance
1, 2, 31, 2, 3: Vorrichtungcontraption
1010: Beleuchtungseinrichtunglighting device
1212: Bildaufnahmeeinrichtung (z. B. eine Kamera)Image capture device (eg a camera)
1414: Augenpaarpair of eyes
14A, 14B14A, 14B: Augeneyes
1616: mobiler Computermobile computer
1818: Bildschirmscreen
2020: AbstandsbestimmungseinrichtungDistance determiner

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005003699 A1 [0003, 0037]
DE 102014009459 [0005, 0041]
DE 102014015671 [0037, 0038]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN 58208 [0026]
DIN EN ISO 8624 [0030]
DIN EN ISO 1366 [0030]
DIN 58208 [0030]
DIN 5340 [0030]
"The Optics of the Eye and the Visual Aids" by Dr. med. Roland Enders, 1995, Optical Publishing GmbH, Heidelberg [0030]
DIN EN ISO 8624 [0036]
DIN EN ISO 13666 [0036]
DIN 58208 [0036]
DIN 5340 [0036]

Claims

Device with an image recording device ( 12 ; K) and a measuring device for determining the distance of at least one eye ( 14 ; 14A . 14B ) of a user of the image recording device, the measuring device comprising: a lighting device ( 10 ; L1-L3), which in a predetermined relative position to the image recording device ( 12 ; K) is arranged, and which is designed, at least one specular light reflection (Ref_L), which has a line-shaped portion, on the cornea of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user; and a distance determining device, wherein the image recording device ( 12 ; K), at least one image of the specular light reflection (Ref_L) in the area of the cornea of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user; and the distance determining means is adapted to: - obtain data relating to the distance between two predetermined points of light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection (Ref_L) in the captured image; and - the distance of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) to the image recording device ( 12 ; K) on the basis of the determined data with respect to the distance between the two predetermined points of the light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection (Ref_L) to determine.

The apparatus of claim 1, wherein the distance determining means is adapted and arranged to automatically locate the two predetermined points of light reflection and the at least one line-shaped portion of the light reflection in the captured image.

The apparatus of claim 1 or 2, further comprising: a calibration data storage device configured to store calibration data, wherein the calibration data includes data relating to an association of distances between two predetermined points of light reflection (Ref_L) and curvatures of the at least one line-shaped portion of light reflection ( Ref_L) in the recorded image at specific distances from measurement objects (O) to the image recording device ( 12 ; K); and wherein the distance determining means is adapted to adjust the distance of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) to the image recording device ( 12 ; K), taking into account the calibration data.

Device according to one of the preceding claims, wherein the light reflection (Ref_L) is in the form of a lightbar; and or the light reflection (Ref_L) has at least two point or circular regions; and or the light reflection (Ref_L) has several line-shaped sections.

Device according to one of the preceding claims, further comprising a scaling factor determination device, which is designed based on the determined distance of the at least one eye ( 14 ; 14A . 14B ) to the image recording device ( 12 ; K): a scaling factor for converting one in one of the image capture device ( 12 ; K) recorded image measured distance in an actual distance; and / or a scale factor for the socket level of a user-worn eyeglass frame or eyeglasses.

Device according to one of the preceding claims, further comprising a parameter determining device, which is designed, at least one optical parameter of the at least one eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user and / or at least one parameter of the position of use of a spectacle or spectacle frame in front of the eyes ( 14 ; 14A . 14B ) of the user taking into account the determined distance of the at least one eye ( 14 ; 14A . 14B ) to the image recording device ( 12 ; K).

Device according to one of the preceding claims, wherein the image recording device ( 12 ; K), images of the specular light reflection (Ref_L) in the area of the cornea of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user from at least two different receiving positions; and wherein the distance determining means is arranged, for each of the pickup positions, to determine data relating to the distance between two predetermined points of light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection (Ref_L) in the at least one image taken from this pickup position ; and - based on the determined data regarding the distance between the two predetermined points of the light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one line-shaped section of the light reflection (Ref_L) the distance of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) to the image recording device ( 12 ; K) for this recording position.

Device according to claim 7, further comprising: a 3D reconstruction device, which is designed on the basis of the images taken from different recording positions and on the basis of the determined distances of the at least one eye (FIG. 14 ; 14A . 14B ) of the user to the image recording device ( 12 ; K) for each of the shooting positions Location information in three-dimensional space for at least one point and / or area of the at least one eye of the user and / or one in front of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) arranged glasses or spectacle frame to determine.

Device according to one of the preceding claims, further comprising: a screen ( 18 ), which in a predetermined relative position to the image recording device ( 12 ; K) is arranged, and a Screeninhaltemittelseinrichtung, which is designed - the distance between the screen ( 18 ) and the user on the basis of the determined distance between the at least one eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user and the image recording device ( 12 ; K); and - on the screen ( 18 ) displayed screen content in dependence on the determined distance between the user and the screen ( 18 ) to change.

A method, comprising: generating a specular light reflection (Ref_L) with at least one line-shaped section on the cornea of at least one eye ( 14 ; 14A . 14B ) of a user, wherein the light reflection (Ref_L) from a lighting device ( 10 ; L1-L3) which is in a fixed relative position to an image pickup device ( 12 ; K) is arranged; Taking at least one image of the specular light reflection (Ref_L) in the region of the cornea of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user; Determining the distance between two predetermined points of light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection (Ref_L) in the captured image; and determining the distance of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user to the image recording device ( 12 ; K) based on the determined data with respect to the distance between the two predetermined points of light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection (Ref_L).

The method of claim 10, further comprising: acquiring calibration data indicative of data relating to distances between two predetermined points of light reflection (Ref_L) and curvatures of the at least one line-shaped portion of light reflection (Ref_L) in the captured image at predetermined distances from measurement objects Image recording device ( 12 ; K); and determining the distance of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) to the image recording device ( 12 ; K) taking into account the calibration data.

A method according to claim 10 or 11, wherein: the light reflection (Ref_L) is in the form of a lightbar; and or the light reflection (Ref_L) has at least two point or circular regions; and or the light reflection (Ref_L) has several line-shaped sections.

The method of claim 10, further comprising: determining a scaling factor for converting one in one of the image capture device to 12 ; K) measured distance measured in an actual distance and / or determining a scaling factor for the socket level of a user-worn spectacle frame or glasses based on the determined distance of the at least one eye ( 14 ; 14A . 14B ) to the image recording device ( 12 ; K).

Method according to one of claims 10 to 13, further comprising: determining at least one optical parameter of the at least one eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user and / or a parameter of the use position of a pair of glasses or spectacle frame in front of the eyes ( 14 ; 14A . 14B ) of the user taking into account the determined distance of the at least one eye ( 14 ; 14A . 14B ) to the image recording device ( 12 ; K).

Method according to one of claims 10 to 14, further comprising taking images of the specular light reflection (Ref_L) in the region of the cornea of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user from at least two different receiving positions; and for each of the pickup positions: determining the distance between two predetermined points of light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection (Ref_L) in the image picked up from this pickup position; and - determining the distance of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) to the image recording device ( 12 ; K) at this recording position on the basis of the determined data with respect to the distance between the two predetermined points of light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection (Ref_L).

The method of claim 15, further comprising: determining location information in three-dimensional space for at least one point and / or area of the at least one eye (FIG. 14 ; 14A . 14B ) of the user and / or one in front of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) arranged glasses or spectacle frame based on the recorded from different recording positions images and based on the determined Distances of the at least one eye of the user to the image recording device ( 12 ; K) for each shooting position.

The method of any of claims 10 to 16, further comprising: determining the distance between the user and a screen that is in a predetermined relative position to the image capture device (10); 12 ; K), based on the determined distance between the at least one eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user and the image recording device ( 12 ; K); and changing the screen content to be displayed on the screen as a function of the determined distance of the at least one eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user to the image recording device ( 12 ; K).

Computer program product comprising program parts which, when loaded into a computer, are designed to carry out a method with the following steps: acquiring at least one image of a specular light reflection (Ref_L) in the region of the cornea of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) of a user, wherein the light reflection (Ref_L) has a line-shaped section, and wherein the light reflection (Ref_L) from a lighting device ( 10 ; L1-L3) which is arranged in a fixed relative position to an image pickup device; Determining the distance between two predetermined points of light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection (Ref_L) in the captured image; and determining the distance of the eye ( 14 ; 14A . 14B ) of the user to the image recording device on the basis of the determined data with respect to the distance between the two predetermined points of light reflection (Ref_L) and the curvature of the at least one line-shaped portion of the light reflection (Ref_L).